二氧化鈦光催化性能

1、納米二氧化鈦光催化性能的研究摘要：介紹實(shí)驗(yàn)室制備金紅石型二氧化鈦的一種方法，并通過XRD掃描分析其相態(tài)， 經(jīng)掃描電子顯微鏡觀察所制備的二氧化鈦的形貌和尺寸，最后在紫外光照射下研究其對 有機(jī)物的降解。關(guān)鍵詞：制備；TiO2：納米材料；光催化。1、半導(dǎo)體光催化研究的歷史早在1929年人們就知道了涂料的“鈦白”現(xiàn)象，即涂料中的二氧化鈦能使顏料褪 色。后來的研究發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因是TiO2的光敏化行為，即TQ2的光敏化引 起油漆中有機(jī)物粘合劑的光降解，從而導(dǎo)致尤其涂料的不穩(wěn)定。20世紀(jì)70年代和80年代，從半導(dǎo)體光電化學(xué)的發(fā)展所獲得的知識為半導(dǎo)體光催化的發(fā)展奠定了很好的基 礎(chǔ)。尤其是它證明了二氧

2、化鈦能極好的光催化分解污染物。1972年，日本Fujishima 和Hon da在Nature雜志上報(bào)道，發(fā)現(xiàn)在光輻射的TQ2半導(dǎo)體電極和金屬電極所組成的 電池中，可持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生Ho這一發(fā)現(xiàn)非常有意義，表明通過半導(dǎo) 體電極，可把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。從那時(shí)起，來自化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的許多科學(xué) 家們圍繞太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存、光化學(xué)合成，進(jìn)行大量的研究，探索該過程的原理，致力提高光催化效率。Fujishima和Honda的研究工作引起了人們對半導(dǎo)體在光作用下能否用于污染控制 的興趣，而半導(dǎo)體光電化學(xué)的研究結(jié)果為開展這一工作奠定了基礎(chǔ)。從七十年代初期以來，國外許多學(xué)者競相開展這方面的

3、研究。1976年，J.H. Cary報(bào)道了 TiO?水 濁 液在近紫外光的照射下可使多氯聯(lián)苯脫氯，注意到 TiO2水體系在光照條件下可非 選擇性氧化(降解)各類有機(jī)物，并使之徹底礦化，生成CO和fQ同年S.N. Frank等研 究了多晶電極/筑燈作用下對二苯酚、I-、Br-、Cl、Fe2 CeT和CN的光解和用粉末來 催化光解水中污染物取得了滿意的結(jié)果。S. N. Frank等在1977年乂用TiO?、ZnO CdS Feao WG等多種催化劑在顯燈作光源情況下，對CN和SO32進(jìn)行光解研 究,結(jié)果TiOaZnOCdS能有效催化氧化CN-為CNO-TiCK ZnO CdS和FeO能有效 催 化

4、氧化SO?為SQ2-,其反應(yīng)速度均大于3.1 x 10-6 mol/ (d cn,)o八十年代中期開始，我國學(xué)者也開展了半導(dǎo)體光催化的研究。各國環(huán)境科學(xué)工作者 在這一領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛而深入的探索，取得了許多可喜的成績，并在環(huán)保方面得 到了應(yīng)用。大量研究證實(shí)，燒類和多環(huán)芳荒、鹵化芳燒化合物、染料、表面活性劑、 農(nóng)藥、油類、氨化物等都能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)，脫色、去毒，礦化為無毒無機(jī)小 分子物質(zhì)，從而消除對環(huán)境的污染。在二十多年的時(shí)間內(nèi)，國際上就半導(dǎo)體（主要是TiO2）光催化問題召開過多次學(xué)術(shù)會議，舉行過高級研討班和專題研討會，出版了專 著，發(fā)表的研究論文更是不計(jì)其數(shù)。半導(dǎo)體光催化是目前光化學(xué)方法應(yīng)

5、用于污染控制 的 諸多研究中最活躍的領(lǐng)域，成為污染控制化學(xué)研究的一個熱點(diǎn)，形成了新的研究領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外研究者就半導(dǎo)體光催化諸多方面的問題開展了深入地研究，其主要內(nèi)容有：半導(dǎo)體光催化材料的篩選、制備，半導(dǎo)體光催化活性產(chǎn)生的機(jī)制及所產(chǎn)生的活 性物種，Tid光催化劑的固定化及尺寸量子化，半導(dǎo)體光催化礦化各種有機(jī)物的機(jī)理， 各種形式的半導(dǎo)體光催化反應(yīng)器，水中和氣相中各種污染物光催化降解動力學(xué)等。至 今，已研究過的半導(dǎo)體光催化劑包括TQ、CdS WO FeO. ZnO ZnS SnO等，其中CdS Tid催化活性最強(qiáng)，但CdS在光照條件下自身不穩(wěn)定易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué) 腐蝕，而Tid 的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)

6、定且成本低、無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)最為常用。但由于TiOz 吸收的太陽能僅占總太陽能光強(qiáng)的3%因此，圍繞TiCh改性、提 高太陽能的轉(zhuǎn)化率、改進(jìn) 光催化方法和光反應(yīng)器，提高光催化效率，仍然是廣大研究者進(jìn)行的一個課題。2、二氧化鈦半導(dǎo)體光催化材料研究的目的和意義新型納米二氧化鈦光催化材料的合成及反應(yīng)研究，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展成為人類必須考慮的首要問題。 光催化技術(shù)作為綠色化學(xué)的一個代表是近三十年以來發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。大量研究表明，水和空氣中各種有毒有害的污染物，化工生產(chǎn)中排放的各種烷燒、芳燃及其 衍生物、鹵代物、多環(huán)芳荒和雜環(huán)化合物

7、等大都能被光催化降解。 把純潔無污染而 乂取之不盡的光能的應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來的光催化劑和反應(yīng)設(shè)備用來降解工業(yè)廢水 中有毒、有害、難分解的有機(jī)物的研究具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，半導(dǎo)體光催化材料也成為科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。二氧化鈦納米二氧化鈦多相光催化降解有機(jī)污染物以其反應(yīng)速度快、適用范圍廣、深度氧化 完全、能充分利用太陽光和空氣(水相中)的氧分子等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，特別是當(dāng)有機(jī)污 染物濃度很高或用其他方法很難降解時(shí)，這種技術(shù)有著更明顯的優(yōu)勢。二氧化鈦光催化技術(shù)的研究在最近10年得到了較快的發(fā)展，然而總體上仍然處于理論探索和 實(shí)驗(yàn)室階段，尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。光催化技術(shù)可利用太陽能降解有機(jī)物，無二次污染，

8、反應(yīng)條件溫和，具有 能”和 環(huán)保”雙重重要意義。TQ2作為一種半導(dǎo)體光催化劑，因其具有氧化能力強(qiáng)，物理化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境凈化領(lǐng)域一直處于研究的核心地位。然而TQ2因 其只能利用紫外光，導(dǎo)致材料本身在太陽能利用方面效率偏低，以及光生電子空穴容易 復(fù)合，是制約其在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵。如何使光催化劑有效利用太陽能和提高電子 空穴分離效率來提高光催化活性一直被廣大學(xué)者所關(guān)注。自然界存在的二氧化鈦有三種變體：金紅石( rutile titanium dioxide )為 四方晶體；銳鈦礦 (anatase titanium dioxide )為四方晶體：板鈦礦為正交晶 體。見圖2

9、.1H.593A稅師型圖2.1二氧化鈦性質(zhì)穩(wěn)定，大量用作油漆中的白色顏料，它具有良好的遮蓋能力和鉛白相似，但不像鉛白會變黑；它乂具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷 的消光齊IJ,可以產(chǎn)生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。鈦的氧化物一一二氧化 鈦，是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開采鈦礦，主要目的便是 為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。特別可貴的是鈦 白無毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來制造耐火玻璃，釉料，法瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。 二氧化鈦是世界上最白的東西，I克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂得雪白。它 比常用的白顏料一鋅銀白還要

10、白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一 年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍， 因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。此夕卜，為了使塑料的顏色變淺，使人 造絲光澤柔和，有時(shí)也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的 填料。金紅石型在高能(較短波長)吸收輻射能較銳鈦型大，換句話說，對于金紅石型鈦白粉，在具有很強(qiáng)殺傷力的UV-波長段內(nèi)(350-400nm),它對紫外線的反射率要 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銳鈦型鈦白粉，在這種情況下，它對周圍的成膜物、 樹脂等身上所要分擔(dān)的紫外光線就要少得多，那么這些有機(jī)物的使用壽命就長，這就是

11、說，為什么通常所說的金紅石型鈦白粉的耐候性要比銳鈦型好之原因所在。本實(shí)驗(yàn)就是通過一種簡單的方法制備出金紅石型二氧化鈦，并研究起催化性能。3、二氧化鈦光催化的應(yīng)用納米二氧化鈦由于具有良好的光催化性能，在抗菌除臭、污水處理、空氣凈化等方 面有廣闊的應(yīng)用前景。TiO 2是N型半導(dǎo)體金屬氧化物，在同類（如ZnO、CdSWQ等） 物質(zhì)中具有氧化活性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、無毒等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色環(huán)境友好型材料。制備出具 有較高催化活性和能夠被可見光激發(fā)的納米二氧化鈦光催化劑，一直是光催化研究的前沿和重要方向。納米Ti02在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用納米Ti02在光催化下，其價(jià)帶上的電子吸收光能， 被激發(fā)到導(dǎo)帶上，在導(dǎo)帶上產(chǎn)生

12、帶負(fù)電荷的高活性電子（e-）,在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電荷的 空穴（h+）,形成氧化一還原體系，該體系可以氧化或還原包括微生物在內(nèi)的多種有機(jī) 物、無機(jī)物及金屬離子，因而在環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。3.1 制備環(huán)保材料3.1.1 制備抗菌材料納米Ti02不僅能殺死細(xì)菌，而且同時(shí)降解由細(xì)菌釋放的有毒化合物，從而徹底殺 滅細(xì)菌，可用來制備抗菌材料。日本在這方面研究較多，如神戶制鋼所開發(fā)了具有抗菌、 防污、防臭的鈦建材。國內(nèi)也有這方面的研究報(bào)道，如徐瑞芬等將納米TQ2添加于苯丙 乳液中，研制成抗菌涂料，殺菌結(jié)果表明，該抗菌涂料對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、 枯草芽抱的殺菌率達(dá)到99%以上，并且不受光源條件限制，抗

13、菌作用徹底、持久。納米 TQ2抗菌材料在電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器械、醫(yī)院手術(shù)室的裝飾方面有廣泛的應(yīng)用前景。 3.1.2制備自潔材料由于納米Ti02的超親水性，因而鍍有納米Ti02薄膜的表面一旦被油污等污染，污 染物不易在其表面附著，且陽光中的紫外線維持納米TQ2薄膜表面的親水性，從而使其 表面有長期的防污自潔效應(yīng)，可用來制備自潔材料。賀飛等制得透明均一、無彩虹效 應(yīng)”的納米TQ2光催化薄膜型自潔功能陶瓷，實(shí)驗(yàn)證明，這種陶瓷具有強(qiáng)去污功能。3.2污水處理3.2.1處理廢水中的有機(jī)污染物3. 2. L1處理印染廢水印染廢水通常含有芳香基、胺基、偶氮基等致癌物質(zhì)，采用一般生物化學(xué)法降解率 通常很低。大量

14、研究發(fā)現(xiàn)，用納米TQ2光催化降解染料，不僅能有效破壞染料中的發(fā)色 基，而且可以破壞染料分子中的芳香基，達(dá)到完全降解的目的。陳梅蘭用銳鈦型納米TiO2 為催化劑降解次甲基藍(lán)染料，研究結(jié)果表明，在光照30min,TQ2用量5.4mg/mL時(shí)，降解 率達(dá)94.7% o3. 2.1. 2處理農(nóng)藥廢水研究表明，用納米TiO2降解農(nóng)藥是一條非常有效的處理途徑。如陳士夫用玻璃纖維 負(fù)教TQ2降解有機(jī)磷農(nóng)藥，結(jié)果表明，有機(jī)磷可以完全無機(jī)化，并定量產(chǎn)生P04軍;霍愛群 等用納米TiO2膜降解阿特拉津除草劑，在溶解氧的條件下，其降解率可達(dá)98%。3. 2.1. 3處理水面石油污染物由于石油類有機(jī)污染物不溶于水而漂

15、浮在水面，TQ2的密度遠(yuǎn)大于水，會沉于水 底。為了使TQ2能漂浮在水面上與石油類污染物充分接觸進(jìn)行降解反應(yīng)，需要將它負(fù)教 在一種密度小于水，能使O2TQ2良好附著且不被TQ2光催化的載體上。目前的做法主 要是將其負(fù)教在空心玻璃球上。3. 2.1.4處理日常生活廢水日常生活廢水中含有大量的表面活性劑，這種廢水不但容易產(chǎn)生異味和泡沫，而且 還會影響廢水的生化。表面活性劑不但很難降解，有時(shí)還會產(chǎn)生有毒或不溶解的中間 體。研究證明，采用納米TQ2催化劑分解表面活性劑可以取得較好的效果。雖然表面活 性劑中的烷基鏈較難完全被納米TiO2催化劑氧化成C02,但表面活性劑中芳環(huán)的破壞，可以大大降低其毒性，對環(huán)

16、境危害明顯減小。3. 2.1. 5處理垃圾填埋場的滲濾液從垃圾堆放場流出的滲濾液可以滲透到地下，對地下水造成嚴(yán)重的污染，所以對 垃圾堆放場滲濾液的污染處理是環(huán)境處理的一個重要方面。譚小萍將納米TQ2用于垃圾填埋物滲濾液的深度處理，其處理的水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)32 o這說明用納 米TQ2處理垃圾填埋物滲濾液是十分有效的。3.2.2處理廢水中重金屬污染物利用納米TQ2的強(qiáng)氧化、還原性，還可以處理廢水中無機(jī)污染物，如含氧溶液中 Hg% Pb2可被c 還原成Hg、Pb而沉積于TQ2表面,C12。公可被還原成無毒的CS03,、 Pb巴M門2等可被氧化成相應(yīng)高氧化態(tài)金屬氧化物而沉淀下來；N6.是一種可

17、致癌的危 害性大的環(huán)境污染物，且在低濃度時(shí)不易消除、比較穩(wěn)定，而用改性的納米TiO2進(jìn)行光催 化降解，其降解率可達(dá)99.5%o3.3空氣凈化3.3.1凈化室內(nèi)空氣室內(nèi)有害氣體這些有害氣體主要來自裝飾材料等放出的中醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的中硫靜、硫 化氫、氨氣等。利用TiO2的光催化作用，將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解、氧化，從而 使這些物質(zhì)降解或除去。如濃度低于 1ppm的甲醛可完全被TiO2光催化分解為C02 和H20,高濃度時(shí)則氧化為中酸。不過，實(shí)際生活中中醛等有害物質(zhì)的濃度卻很低，在居 室、辦公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷 TiO2光催化薄膜或在房間內(nèi)安放TiC)2光催 化設(shè)備，均可有效降解室

18、內(nèi)有害氣體凈化空氣。3-3-2處理大氣污染氣體大氣污染氣體主要由礦物燃燒帶來的氮、硫氧化物，硫化物等。利用納米TiO2 光催化劑可將這些氣體氧化，形成蒸氣壓低的硝酸或硫酸，這些硝酸或硫酸可在降雨過 程中除去，而且雨水經(jīng)過大氣粉塵的中和幾乎無酸性，從而達(dá)到凈化空氣的目的。如日本 利用氟樹脂、氧化鈦等開發(fā)出抗剝離的光催化薄板，12 h后薄板表面低濃度的NO”去除率可達(dá)90%以上。在污染嚴(yán)重的地域，利用建筑物外墻，高速公路遮音壁等配置這 種光催化薄板，利用太陽能可有效去除空氣中的N0>o國內(nèi)也有這方面的研究報(bào)道，如 邱星林等采用聚硅氧烷、銳鈦型納米02、填料和溶劑，制得催化凈化大氣環(huán)保材料，

19、該涂料對空氣中的NOx降解率可達(dá)97%o4、半導(dǎo)體光催化機(jī)理光催化材料利用光子的能量來催化化學(xué)反應(yīng)。 光催化是以n型半導(dǎo)體的能帶理 論為基礎(chǔ)，以n型半導(dǎo)體作敏化劑的一種光敏氧化法。 用作光催化的半導(dǎo)體大多為金 屬的氧化物和硫化物。常用的n型半導(dǎo)體有TiO2、ZnOCdS FAQ. SnO、WO等。半導(dǎo) 體能帶是不連續(xù)的，價(jià)帶(VB)和導(dǎo)帶(CB)之間存在一個禁帶，區(qū)域的大小通常稱為禁帶 寬度（Eg）。一般半導(dǎo)體的Eg小于3 eV,但這種劃分并不是絕對的。圖4.1給出常用半導(dǎo)體的禁帶寬度、標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位及真空能級的相對位置。-8-圖4.1 pH=1時(shí)各種半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶的位置當(dāng)用能量等于或大于禁

20、帶寬度的光照射半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶上的電子被激發(fā)，躍過禁 帶進(jìn)入導(dǎo)帶,形成導(dǎo)帶電子e-和價(jià)帶空穴h+。生成的載流子很快被半導(dǎo)體或雜質(zhì)捕獲 部分 在皮秒級時(shí)間內(nèi)復(fù)合，小部分與半導(dǎo)體表面的羥基、水或氧分子等物種反應(yīng)生成 0H和- 00H等活性氧物種?？赡艿幕钚匝跷锓N有 0H, 00H, (0, HOOH等。生成的-0H 可進(jìn)攻脂肪鏈形成羥基或段基中間產(chǎn)物，而 00H進(jìn)攻表面活性劑可生 成過氧化物,并進(jìn)一 步分解生成羥基或默基中間物種。圖4.2顯示了半導(dǎo)體光催化劑在吸收等于或大于禁帶能量的輻射時(shí)電子由價(jià)帶 至導(dǎo)帶的激發(fā)過程。激發(fā)后分離的電子和空穴有幾個進(jìn)一步反應(yīng)，如圖4.2中(A) ( B) (C)( D

21、)。圖4.2光激活的電子和空穴在TiO2顆粒中活動示意圖電子和空穴主要存在復(fù)合和傳輸/俘獲兩個相互競爭的過程。常見的單一化合物光催 化劑多為金屬氧化物，如如TiO2,ZnO2, FqO, SnQ BLO, CdS.WO ZnS及PbS等。半導(dǎo)體 的光吸收閾值入g與帶隙能E g有關(guān),其關(guān)系式為：入 g（ nm） =1 240/ E g（ eV）用作光催化劑的半導(dǎo)體大多為金屬氧化物和金屬硫化物，吸收波長閾值大多在紫外 區(qū)。下面以光催化領(lǐng)域最常用的Tid為例說明光催化反應(yīng)的機(jī)理。Tid在光照下能夠進(jìn) 行氧化還原是因?yàn)槠潆娮咏Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)為一個滿的價(jià)帶和一個空的導(dǎo)帶（半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)），光催化所需入射光最大波

22、長為387.5 nm。能量達(dá)到或超過其帶隙能時(shí)，電子 （6）就可從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h）在電場力的作用下，電子 和空穴（統(tǒng)稱為載流子）分離并遷移到粒子表面。光生空穴有很強(qiáng)的得電子能力，是攜帶光子能的主要部分，可與表面吸附的H2O 或0H離子反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基。如圖4.3圖4.3 TiO 2光催化劑表面-OH自由基生成示意圖電子與表面吸附的氧分子反應(yīng)，不僅能夠形成。等離子和自由基，還是表面羥基 自由基的另一來源。表面羥基自由基-0H是光催化反應(yīng)的主要氧化劑，對催化 氧化起著 決定性作用。電子與氧的還原反應(yīng)不僅有助于穩(wěn)定空穴與羥基、水或有機(jī)物 反應(yīng)，而且生成

23、的活性氧和表面羥基自由基也促進(jìn)光催化反應(yīng)的進(jìn)行。5、實(shí)驗(yàn)部分5.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑儀器：三頸瓶，冷凝管，布氏漏斗，吸濾瓶，普通漏斗，容量瓶，電爐，用煙，坨 煙鉗，恒溫水浴鍋，燒杯，量筒，X射線衍射儀，掃描電鏡，紫外-可見分光光度儀，紫外 燈，離心機(jī)。試劑：氨水，Ti(SO4)2(分析純)，BaCb, HNO容液，羅丹明。5. 2實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析521 TiO2粉體的制備： 配置 4moL/L NH 3.H2O 250mL。 取150mLNH3.H2。于三頸瓶中，三頸瓶置于45c恒溫水浴中，緩緩加入Ti （S04）2,邊滴邊攪拌均勻，直到最終溶液pH在89待溶液冷卻后，倒入布氏漏斗抽濾，并多次洗

24、滌抽濾（沉淀粒度較大，可進(jìn)行減壓過 濾），直到最終洗滌液用BaCS檢測無存在SOP離子即可。 配置2moL/LHNO 3溶液200 mL將上一步中所的沉淀分散于HNO3溶液中， 然后將溶液置于三頸瓶中，裝上回流裝置，于80c恒溫水浴中回流膠溶2小時(shí)。（HNO3 溶液溫度要低，因?yàn)槌恋頃萦跓崴?，因此也不可以將沉淀加水后再直接加酸）將膠溶后所的沉淀經(jīng)多次常壓過濾洗滌（沉淀粒度很?。?，把最后得到的沉淀置 于用煙中，用電爐烘干即得到產(chǎn)物TiO2O 將所制得的樣品用X射線掃描，衍射角度為2060° ,并對其XRD譜圖進(jìn) 行分析。521.1譜圖分析將實(shí)驗(yàn)所制備的TiO2用X射線掃描，XRD譜圖

25、如圖5.2.1.1 （a）Graphics圖5.2.1.1(a)TiO2的XRD譜圖Pattern ListRef.Code Score Com。und Name Chem. Formula QCryst. Syst. RIR03065019186 Rutile, synTi 02"C“；D Tetraqo nal 3.540Quantitative ResultsRutie, syn 100 %Phase Rutile, syn:Weight fractio n/ %:100.0金紅石相TiO2的標(biāo)準(zhǔn)譜圖如圖5.2.1.1(b)圖5.2.1.1(b)金紅石相TiCh的XRD標(biāo)準(zhǔn)譜圖

26、衍射角度20/ C )數(shù)據(jù)處理：編號1234567樣品衍射角度20 /(°)27.4936.1339.2441.3044.1054.3756.69標(biāo)準(zhǔn)衍射角度20 /(°)27.4836.1339.2441.3044.1054.3756.69所制備的TQ2的XRD譜圖與金紅石相TiO2的標(biāo)準(zhǔn)譜圖作比較，可以明顯看出用上 述方法制備的TiO2的相態(tài)為金紅石相。5. 2.1.2實(shí)驗(yàn)制備條件分析本實(shí)驗(yàn)制備金紅石型TiO2,包括兩部分，即沉淀過程和膠溶過程。沉淀過程得到 Ti( OH)4的無定形沉淀，次沉淀在膠溶過程中脫水生成金紅石型晶體。反應(yīng)過程中各個 條件都會影響產(chǎn)物晶型及晶粒

27、度。5.1.1.1.1 沉淀過程反應(yīng)溫度：不同反應(yīng)溫度下得到的均為金紅石型，但溫度太高，氨水揮發(fā)太 快，使產(chǎn)品收率降低，所以應(yīng)選擇合適的溫度。XRD 反應(yīng)體系酸堿度：在酸性條件下的到的沉淀經(jīng)回流膠溶后的產(chǎn)物進(jìn)行 分析，粉體全為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。而堿性環(huán)境中粉體為完全的金紅石結(jié)構(gòu)。所以應(yīng)嚴(yán)格控制 反應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行，生成非常穩(wěn)定的金紅石型晶體。SO42離子濃度：在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)SO42離子的存在對產(chǎn)物晶形影響非常大，過濾沉 淀中由于SO42未除凈，干燥后所得產(chǎn)物經(jīng)X射線掃描，它的XRD譜圖如圖5.2.1.2.1(a) Graphics.2.圖52121(a) S04 未除凈制備的TiO2的XRD譜圖Pa

28、ttern ListRef.Code Score Compo und Name Chem. Formula Q Cryst. Svst. RIR01-086-115687 An atase, svn TiO.784 02 "CH Tetraqo nal 3.930QuantitativeResultsAriat S we WEl DDWeight fraction/%:100.0Phase An atase, syn:銳鈦礦TiO2的標(biāo)準(zhǔn)譜圖如圖52121(b)衍射角度20 / (° )圖5.2.1.2.1(b)銳鈦礦TiO2的標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖數(shù)據(jù)處理:編號1234567樣品

29、衍射角度2 e/(°)25.3736. 9537.8838.6148.1253.8055.10標(biāo)準(zhǔn)衍射角度 2e/(°)25.3737.0337.8838.6148.1253.9755.10SO42未除凈時(shí)所制備的TQ2的XRD譜圖與銳鈦礦TiO2的標(biāo)準(zhǔn)譜圖作比較，可以 明顯看出用該TiO2的相態(tài)為銳鈦礦。所以要獲得金紅石型TiO2, SCU2一定要除凈。5.1.1.1.2 膠溶過程膠溶溫度：膠溶過程中，沉淀開始慢慢溶解，30分鐘后再次開始逐漸析出。熱 力學(xué)上的液相結(jié)晶體系必須滿足一定的能量要求，液相中離子才可以定向排列生成有序 結(jié)構(gòu)。只有80 c以上膠溶產(chǎn)物才為晶體，低于

30、此溫度時(shí)膠溶過程只有沉淀溶解的現(xiàn)象，而無沉淀析出，即所得產(chǎn)物仍未無定形結(jié)構(gòu)HN03濃度，用量以及膠溶時(shí)間對產(chǎn)物的晶形有影響。522掃描電鏡掃描先對樣品進(jìn)行預(yù)處理，取少量粉末分散于適量水中，用超聲波振蕩半個小時(shí)，使二氧化鈦在水中均勻分散。用膠頭滴管吸取少量該溶液滴到預(yù)先準(zhǔn)備好的薄銅片上，覆蓋面積為cmZ左右。然后用掃描電鏡對其進(jìn)行掃描。SEM譜圖如522所示50nm圖如5.2.2掃描結(jié)果為樣品中同時(shí)含有納米級別和微米級別的晶體。5-2-3性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)步驟：在紫外光照射下觀測它樣品對有機(jī)物的降解情況。配制0.005g/L的羅丹明溶液，準(zhǔn)備4個燒杯，編號為1, 2, 3, 4,分別燒杯中加入200m