【摘 要】
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钛基纳米管材料因具有独特的结构和物理化学性质,在环境净化和新能源开发等领域具有广泛的应用前景。本文以P25和NaOH为原料,通过水热法制备钛酸盐纳米管并通过一系列的后处理转化为锐钛矿纳米管,并将Ag@AgCl负载到TiO2纳米管上以提高其可见光下的催化活性。主要研究结果包括以下三个方面:(1)以P25和NaOH为原料,采用水热法制备钛酸盐纳米管(TN),利用XRD和TEM对材料的组成和形貌进行表征
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钛基纳米管材料因具有独特的结构和物理化学性质,在环境净化和新能源开发等领域具有广泛的应用前景。本文以P25和NaOH为原料,通过水热法制备钛酸盐纳米管并通过一系列的后处理转化为锐钛矿纳米管,并将Ag@AgCl负载到TiO2纳米管上以提高其可见光下的催化活性。主要研究结果包括以下三个方面:(1)以P25和NaOH为原料,采用水热法制备钛酸盐纳米管(TN),利用XRD和TEM对材料的组成和形貌进行表征,通过其对水中氨氮的静态吸附实验,考察TN对水中氨氮的吸附特性及规律。结果表明:碱浓度为10 mol·L-1时,可以获得管长约120 nm,管径约为8 nm的钛酸盐纳米管,其对氨氮的平衡吸附量达到10.67 mg·g-1。pH值介于3~8时,TN能有效地吸附水中的氨氮。吸附过程在1 h基本达到平衡,符合准二级动力学方程。颗粒内扩散方程拟合结果发现TN对氨氮的吸附过程由表面吸附和颗粒内扩散共同控制。Temkin方程能较好地描述TN对氨氮的吸附行为。热力学实验表明钛酸盐纳米管对氨氮的吸附是自发进行的吸热过程。共存阴阳离子对氨氮的吸附具有抑制作用,分别表现为SO42->Cl->H2PO4-、K+>Na+>Ca2+。再生的钛酸盐纳米管对氨氮循环吸附5次仍有88.64%的吸附效果。FT-IR研究表明钛酸盐纳米管对氨氮的吸附机制是TN层间的Na+与溶液中的NH4+之间发生离子交换。(2)以P25和NaOH为原料,利用水热法制备TiO2纳米管(TNTs),探究NaOH浓度对纳米管形成、晶型及形貌的影响。通过XRD、TEM、BET、XPS等手段对产物的晶型、形貌及结构进行分析。研究发现,当NaOH浓度不低于10 mol·L-1时方能将体系中的纳米TiO2溶解-结晶生成钛酸盐针状体;锐钛矿相纳米管的制备须经过水洗、酸洗和煅烧处理。TNTs-10M的比表面积是P25的4.2倍,为213.30 m2·g-1;模拟太阳光下,TNTs-10M可在24 min内将20 mg·L-1亚甲基蓝溶液降解完全,其光降解速率k为P25的7倍。(3)在合成锐钛矿纳米管的基础上,以AgNO3为Ag源,HCl为C1源,采用共沉淀法将AgCl负载到TiO2纳米管上,并通过光还原法将部分Ag+还原为Ag0,制备 Ag@AgCl/TNTs。采用 XRD、TEM、BET、XPS、UV-Vis 和 PL 等技术对材料的晶型结构、形貌和性能进行表征。以罗丹明B和邻硝基苯甲酸为目标降解物,考察了 Ag@AgCl掺杂比例对复合材料光催化性能的影响。结果表明,Ag@AgCl的最佳掺杂比例为40%,可见光下40%AC/T对RhB和o-NBA的去除率分别是TNTs的3.68倍和5.76倍。负载Ag@AgCl后TiO2纳米管光催化活性增强的机制为:Ag0的表面等离子共振效应增强了材料对可见光的响应;复合材料提高了光生电子-空穴的分离效果。
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