溶膠-凝膠法制備納米材料設(shè)計(jì)工藝-封面.doc.gzip

1、材料合成工藝設(shè)計(jì)For pers onal use only in study and research; not for commercial use設(shè)計(jì)題目：溶膠-凝膠法制備介孔二氧化鈦的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：石磊學(xué) 號(hào)： B061指導(dǎo)教師：陳永完成日期2011年5月25日設(shè)計(jì)任務(wù)書：本設(shè)計(jì)方案是通過(guò)溶膠-凝膠法制備。介孔二氧化鈦的制備現(xiàn)在又很多種方法，溶膠-凝膠法是一種常用而且制備介孔材料工藝最常用， 分散均勻的制備方 法。本課題的主要目的和任務(wù)如下：（一）研究介孔材料二氧化鈦，通過(guò)溶膠-凝膠法制備介孔二氧化鈦，探索 介孔材料的制備技術(shù)。（二）掌握溶膠-凝膠法基本原理和設(shè)計(jì)思想，（三）分析介孔二

2、氧化鈦材料制備中的影響因素以及預(yù)判各種因素的影響 結(jié)果。（四）目錄：溶膠-凝膠法制備介孔二氧化鈦材料1、引言2、設(shè)計(jì)原理和反應(yīng)原理3、工藝過(guò)程及流程圖4、物料衡算5、影響因素6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析7、結(jié)論8、參考文獻(xiàn)1、引言按照國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)按照國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的定義,多孔材料按其孔徑大小可分為：微孔材料（d 2nm）介孔材料（2 d 50nm）1。人類社會(huì)的進(jìn)步與材料科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)， 尤其是近幾十年中，出現(xiàn)了許多具有特殊性能的新材料，其中介孔L材料就是一種。介孔材料是指孔徑為250nm的多孔材料，如氣凝膠、柱狀黏土、 M4lSt料 等n。本設(shè)計(jì)主旨在探索介孔材料

3、的制備技術(shù)、應(yīng)用前景以及制備過(guò)程中的影 響因素。多孔材料是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的嶄新材料體系，其顯著特點(diǎn)是：具有規(guī)則排列、 大小可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)及高的比表面積和大的吸附容量 a。由于微孔材料孔徑太 小，限制了較大分子進(jìn)入其孔隙或在孔腔內(nèi)形成的大分子不能快速逸出，從而大大限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍；而大孔材料，雖然其孔徑尺寸大，但同時(shí)存在著孔道形狀不規(guī)則、尺寸分布過(guò)寬等缺點(diǎn)；但是介孔材料不僅孔徑適中、具有較大的比表面積和壁厚、且具有較高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性。介孔材料的分類，按照化學(xué)組成分類，可分為硅基和非硅基組成介孔材料兩 大類。按照介孔材料是非有序分類，可分為無(wú)序介孔材料和有序介孔材料。介孔TiO2作為

4、一種非硅系過(guò)渡金屬氧化物介孔材料，有著巨大的比表面積 孔徑大小可控且規(guī)則的孔道分布，使其具有普通顆粒TiO2無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。對(duì) 介孔TiO2的光催化性質(zhì)研究表明，介孔結(jié)構(gòu)可以明顯提高TiO2的光催化性能。 此外還具有優(yōu)異化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、毒性低、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在水處理、空氣凈化、 抗菌殺菌等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景t，v。例如：介孔型光催化材料的優(yōu)點(diǎn) 就有：1、較大的比表面積，能夠?yàn)榉磻?yīng)物和催化劑提供更大的接觸面積，以利于界面間的電子轉(zhuǎn)移發(fā)生，從而提高光催化活性；2、強(qiáng)吸附性，由于吸附是光催化反應(yīng)的第一步，介孔催化劑對(duì)反應(yīng)物的強(qiáng)吸附也對(duì)光催化活性的提高起到了重 要的作用；3、高傳質(zhì)效率，與微孔分

5、子篩相比，介孔材料提高了反應(yīng)物分子進(jìn) 入或離開介孔的傳質(zhì)效率s。合成介孔二氧化鈦的方法有水熱合成、溶膠-凝膠法（sol-gel法）等。溶膠-凝膠法制備的介孔TiO2材料比表面積大、孔徑分布窄、易沉積于玻璃或石英表 面形成透明的介孔膜e。2、設(shè)計(jì)原理和反應(yīng)原理設(shè)計(jì)原理：目前TiO2介孔材料的合成方法有水熱合成、溶膠-凝膠法等。雖 然幾種方法合成工藝過(guò)程有所不同，但幾種方法的基本原理相似，其基本原理都 以有機(jī)表面活性劑形成的有序聚集體為模板，與無(wú)機(jī)源進(jìn)行界面反應(yīng)，以某種協(xié)同或自組裝方式形成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料， 然后通過(guò)煅燒或溶劑萃取等方式脫出表 面活性劑，而形成孔徑與模板尺寸相仿的有序介孔TiO2。

6、其中表面活性劑的主要 作用是為有序介孔結(jié)構(gòu)的形成提供模板。本次材料合成設(shè)計(jì)采用溶膠-凝膠法在離子型表面活性劑的膠束模板上通過(guò) 液晶模板機(jī)理來(lái)設(shè)計(jì)介孔TiO2的合成過(guò)程。溶膠-凝膠法是在溫和條件下合成無(wú)機(jī)材料。首先將原料分散于溶劑中，經(jīng) 過(guò)水解、醇解或配合等反應(yīng)生成活性單體后， 形成溶膠，再逐漸轉(zhuǎn)化為具有一定 空間結(jié)構(gòu)的凝膠，經(jīng)干燥和熱處理，制備出所需固體材料f。溶膠一凝膠法具有反應(yīng)過(guò)程易控制、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，合成出的介孔固體純度高、均勻性好、 易于摻雜等優(yōu)點(diǎn)h。本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將采用雙十二烷基三甲基溴化銨 (Gemini1231)作模板劑，它的 主鏈共有26個(gè)C原子,鏈長(zhǎng)較長(zhǎng),無(wú)毒且有優(yōu)良的可溶性

7、。在室溫下合成具有較大 比表面積和較高穩(wěn)定性的銳鈦礦型介孔 TiO2y。用表面活性劑作模板劑是由于 高于臨界膠束濃度時(shí)，表面活性劑在溶液中隨其濃度不同可形成球狀、柱狀、層 狀或六方等高度有序結(jié)構(gòu)，為形成介孔結(jié)構(gòu)提供了空間上的模板。與無(wú)機(jī)反應(yīng)體 系混合時(shí)，模板劑同無(wú)機(jī)物分子相互作用，使無(wú)機(jī)反應(yīng)中間體在反應(yīng)過(guò)程中沿 模板定向排列，形成有序結(jié)構(gòu)m。反應(yīng)原理：在液晶模板機(jī)理模型中i，r，具有雙親基團(tuán)的表面活性劑，首 先在水中形成球狀膠束，而后形成柱狀膠團(tuán)。其憎水基向里，帶電的親水基頭部伸向水中，具有雙親基團(tuán)的表面活性劑達(dá)到一定濃度時(shí)可形成棒狀膠束，并規(guī)則排列形成所謂的“液晶”結(jié)構(gòu)。當(dāng)硅源物質(zhì)加入時(shí)通過(guò)

8、靜電作用和表面活性劑離 子結(jié)合，并附著在有機(jī)表面活性劑膠束的表面形成無(wú)機(jī)墻，在溶液中發(fā)生水解反應(yīng)時(shí)兩者同時(shí)沉淀下來(lái)，產(chǎn)物經(jīng)水洗、干燥、高溫煅燒除去有機(jī)模板物質(zhì)，最后路徑1液晶欖擬機(jī)理；路徑2協(xié)同作用機(jī)悝圖1液晶樓板機(jī)理複墨示意圖留下骨架狀規(guī)則排列的硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)，從而形成介孔MCM-4材料。并且提出了 2種合成途徑（如圖1所示）o:路徑1:模板劑的濃度較大時(shí)，在 溶液中首先形成排列有序的六方液晶結(jié)構(gòu)，然后硅源物質(zhì)進(jìn)一步添加在膠束的周 圍；路徑2:無(wú)機(jī)離子的加入，與表面活性劑相互作用，按照自組裝方式排列成 六方有序的液晶結(jié)構(gòu)。液晶模板機(jī)理同樣適用于有序介孔TiO2材料的合成。在反應(yīng)體系中將硅源物 質(zhì)

9、用鈦鹽代替，表面活性劑分子聚集體與鈦源物質(zhì)進(jìn)行界面組裝，形成六方液 晶結(jié)構(gòu)。然后經(jīng)陳化、洗滌、干燥、煅燒或萃取制得有序介孔 T iO2材料。其反應(yīng)機(jī)理k,p,q:水解反應(yīng)：三 Ti-OR+ H2O 三 Ti-OH+ ROH縮聚反應(yīng)：三Ti-OH+ HO- Ti三 夕 三Ti-O-Ti三+出0（脫水聚合反應(yīng)）或三Ti-OH+ RO-Ti三 三Ti-O-Ti 三 + ROH（脫醇聚合反應(yīng),R= CxHy ）3、工藝過(guò)程及流程圖工藝流程：目前，研究有序介孔材料的主要應(yīng)用技術(shù)是模板技術(shù)。 它以表面 活性劑分子的聚集體為模板，以鈦鹽（有機(jī)或無(wú)機(jī)）為鈦源構(gòu)成有序介孔的骨架 結(jié)構(gòu)，以醇或水作為溶劑，通過(guò)表面

10、活性劑分子的聚集體和鈦的各種形式的粒子 進(jìn)行界面組裝，在合理的控制條件下，可得到各種形狀的有序介孔材料。制備流程圖如下:研干凝膠V凝膠 溶膠磨.1f室溫陳化1000。C高溫煅燒1 1溶劑1攪拌;f 攪拌1F攪拌冰醋酸鈦源Gemi ni123去離子水介孔TiO2設(shè)計(jì)流程圖4、物料衡算本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將采用雙十二烷基三甲基溴化銨 (Gemini1231)作模板劑，它的 主鏈共有26個(gè)C原子,鏈長(zhǎng)較長(zhǎng),無(wú)毒且有優(yōu)良的可溶性。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原料：無(wú)水乙醇、鈦酸正四丁、 Gemini1231含水量50%濃硝酸、 冰醋酸、二次蒸餾水等z。儀器：磁力攪拌器，烘箱,馬弗爐，數(shù)顯酸度計(jì)，電子天平，離心機(jī)等在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置對(duì)照組

11、，根據(jù)表面活性劑的劑量不同設(shè)置三組對(duì)照組，根據(jù)原 料配比(鈦酸四正丁 酯:Gemi ni1231 )設(shè)置三組對(duì)照組，以探索各種因素對(duì)介孔 TiO?的影 響。5、影響因素對(duì)于介孔TiO2來(lái)說(shuō)鈦源的形式、模板劑的種類、溶劑的選擇以及實(shí)驗(yàn)后期 的處理對(duì)最終TiO2的產(chǎn)物的介孔結(jié)構(gòu)、形貌和性能都有很大的影響。1:鈦源的種類：選擇適當(dāng)?shù)拟佋次镔|(zhì)對(duì)介孔 TiO2有重要的影響，而本實(shí)驗(yàn) 確定以鈦酸四正丁酯為鈦源。2：溶劑的種類：在介孔TiO2材料的合成過(guò)程中，鈦源水解和濃縮反應(yīng)的過(guò) 程與溶劑的種類和性質(zhì)有很大的關(guān)系， 因?yàn)椴捎脴O性溶液或水溶液，溶劑將提供 一定量的氫氧基團(tuán)，將影響鈦源的水解與濃縮x。3:介孔

12、材料是用表面活性劑為模板合成的，膠團(tuán)的尺寸嚴(yán)重影響材料的孔徑，表現(xiàn)為以下：(1):不同的表面活性劑為模板的影響，表面活性劑不同將導(dǎo)致作用機(jī)理以 及合成材料的性能不同。使用中性表面活性劑時(shí)，其不存在強(qiáng)靜電作用，只是通 過(guò)氫鍵的鍵合作用，較之于使用帶電表面活性劑相比較更加有助于形成長(zhǎng)城有序 度高和壁厚的材料。本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以雙十二烷基三甲基溴化銨(Gemini1231)作模板劑。(2):表面活性劑的用量：表面活性劑使用量變化會(huì)導(dǎo)致粒徑的尺寸大小變 化以及TiO2材料的比表面積。例如：從圖中可以看出， 得到的二氧化鈦為規(guī)則的球形顆粒，但是隨 PEG20000 量的增加，粒徑逐漸變小，這可能是由于PEG2

13、000為直 鏈結(jié)構(gòu)，存在空間位阻，隨著量的加入空間位阻效應(yīng)會(huì)增大， 空間位阻越大所得 顆粒形貌越規(guī)則，粒徑越小，粒徑的尺寸分布越窄 c。4 :原料配比的影響：原料配比的多少將會(huì)對(duì)介孔材料的顆粒尺寸有影響。例如：從圖中可以看出，得到的二氧化鈦為規(guī)則的球形顆粒，但是隨著加入 的水與二氧化鈦配比量的增加，顆粒尺寸越來(lái)越小， 這可能是由于加入的原料越多，水解進(jìn)行的越快，進(jìn) 行的越完全，形成的粒徑就越小。5:煅燒溫度對(duì)介孔TiO2的影響，介孔TiO2加熱失重經(jīng)歷了凝膠中水分的去除、鈦酸丁酯分解產(chǎn)生的正丁醇 和異丙醇的脫除以及在表面活性劑模板的燃燒和熱分解3個(gè)過(guò)程。煅燒過(guò)程不僅可以去除模板劑，同時(shí)還能使無(wú)

14、定形Ti02得到晶化。在某一溫度范圍表面活性劑 模板將基本脫除干凈，得到了比表面積和孔徑都比較理想的介孔TiO2 ,當(dāng)煅燒溫度超過(guò)時(shí)模板劑燒脫完全，樣品的粒徑等可能會(huì)發(fā)生改變b o6:酸的作用和影響：鈦酸丁酯在堿性和中性條件下水解比在酸性條件下快 速。由鈦酸酯水解而產(chǎn)生的溶膠顆粒的形狀和大小，以及由此形成的凝膠結(jié)構(gòu)均 受到體系酸度的影響d o pH值對(duì)凝膠時(shí)間及材料結(jié)構(gòu)有較大的影響，在溶膠 - 凝膠體系中，鹽酸是反應(yīng)的穩(wěn)定劑和催化劑，隨著pH的下降，凝膠時(shí)間會(huì)受影響。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1：樣品的差示掃描量熱法(DSC)分析 表面活性物質(zhì)作為形成介孔的模板劑，在樣品干燥后需要灼燒脫除 為了確定合

15、適的焙燒溫度，取合成的樣品進(jìn)行DSC測(cè)試，對(duì)樣品在程序升溫過(guò)程中熱效應(yīng)的變化進(jìn)行觀察圖1為樣品的DSC曲線，可以看出溫度從室溫開始升高 ，102 4 %左右所對(duì)應(yīng)的曲線存在一個(gè)吸熱峰，這主要是由于樣品中游離或結(jié)合的水分揮發(fā)所致，而200 400 %范圍內(nèi)的放熱峰則為加入的表面活性劑CTAB氧化揮發(fā)所致.3: X射線衍射（XRD）分析對(duì)400 %焙燒后的樣品進(jìn)行XRD物相分析（見圖3）,結(jié)果與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片21 1272 致，表明介孔結(jié)構(gòu)的存在未影響樣品的晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物仍為四方晶系銳鈦礦結(jié)構(gòu)3:透射電鏡（TEM）分析圖2是500熱處理1 h后的介孔TiO2的TEM圖。從圖2中可以看出其孔隙約

16、為10 nm, T iO2顆粒尺寸也相應(yīng)增大至 30 ! 50 nm左右。介孔TiO2樣品經(jīng)500 熱處理1 h后呈類球型顆粒，尺寸均勻，而且孔隙已經(jīng)連成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。T iO2聚集，孔隙塌陷，孔隙變得不均勻，大多數(shù)孔道已經(jīng)坍塌或被長(zhǎng)大的顆粒湮沒(méi)，孔結(jié)構(gòu)已經(jīng)支離破碎。2：焙燒溫度對(duì)孔形貌的影響為了進(jìn)一步確定樣品的焙燒溫度，對(duì)400 %、500 %焙燒的樣品進(jìn)行了透射電鏡 （TEM）分析，結(jié)果見圖2.從圖2a中可以看到顆粒分散比較均勻 ，粒徑約為10 15nm之間，顆粒之 間排列出蠕蟲狀孔道，孔徑分布較窄，約集中在20nm左右，這和BET計(jì)算結(jié)果是一致的.樣品經(jīng)過(guò)500%焙燒后（見圖2b），孔出現(xiàn)

17、坍塌現(xiàn)象，這主要是因?yàn)楸簾郎囟仍礁?，則孔壁的結(jié)晶度越大，越容易引起晶胞收縮，從而使介孔孔壁塌陷因此，焙燒溫度選擇400%為宜242吸附 脫附與孔徑分布 圖4為經(jīng)400 %焙燒后T iO 2的低溫N2吸附脫附等溫線和孔徑分布曲線吸附脫附曲線的形狀為L(zhǎng)angmuir ?型曲線，是典型的介孔結(jié)構(gòu)吸附脫附等溫線.吸附曲線的起始部分對(duì)應(yīng)于在較低的相對(duì)壓力（p / p 0 0 7）下介孔表面的單層吸附，在相對(duì)壓力為0 7 1 0范圍內(nèi)產(chǎn)生的突躍是由于介孔內(nèi)的N2冷凝造成的，同時(shí)也表明其具有孔徑分布較窄、兩端都開放的直通型孔道，曲線中所形成的滯后環(huán)也證明了介孔結(jié)構(gòu)的存在圖4b是用BJH方法對(duì)吸附脫附等溫線進(jìn)

18、行計(jì)算后得到的孔徑分布曲線，其最可幾孔徑在20 nm左右，BET計(jì)算的比表面積為9823 m2 / g .2 5表面活性劑用量對(duì)形成介孔 TiO2的影響作為合成介孔材料的模板劑，表面活性劑的用量是影響介孔結(jié)構(gòu)形成的另一個(gè)重要因素為此，我們合成了一系列添加不同量CT AB的TiO2，并對(duì)其結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了探討圖5中示出了加入不同量 CT AB的產(chǎn)物經(jīng)焙燒后的T EM照片從圖5a中可以看到，材料已經(jīng)有 了孔的雛形，但還沒(méi)有形成完全的孔道可能的原因是：表面活性劑用量雖然剛好達(dá)到臨界膠束濃度（CMC）的要求，但由于在溶劑中CTA B與無(wú)機(jī)物前驅(qū)體并不能夠完全反應(yīng)，并且在洗滌過(guò)程中會(huì)洗掉一部分，所以形成

19、的孔道不完全當(dāng)CTA B用量增加，超過(guò)了溶劑中的CMC時(shí)，前驅(qū)體與CTAB通過(guò)液相中的協(xié)同自組裝，形成了有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合體,圖5b是經(jīng)過(guò)焙燒去除表面活性劑后的宏觀結(jié)構(gòu)照片，可以看出材料具有較大的孔隙率和無(wú)序介孔結(jié)構(gòu)隨表面活性劑添加量的繼續(xù)增加，產(chǎn)品焙燒后粒子排列形成的無(wú)序孔仍然保持得較 好，但已出現(xiàn)少量的塌陷現(xiàn)象，如圖5c所示.當(dāng)表面活性劑濃度過(guò)高時(shí)，體系中將形成大 量膠束，形成的膠束越多，無(wú)機(jī)物在上面團(tuán)聚的空間就越少，因此形成的介孔相的孔壁就很薄對(duì)于本身具有比較高晶格能的TiO2來(lái)說(shuō)，焙燒過(guò)程中沒(méi)有定型的孔壁結(jié)晶，同時(shí)有機(jī)表面活性劑燃燒產(chǎn)生大量的熱和水氣，太薄的孔壁不能承受如此巨大的壓力而很快

20、塌陷在圖5d中，形成的孔已經(jīng)不完整.另：2. 1 結(jié)構(gòu)表征圖1是納米介孔T iO2在不同溫度熱處理1 h后的X射線衍射圖。由圖1可見，介孔T iO2在300 時(shí)已呈現(xiàn)銳鈦礦相結(jié)構(gòu)，但單晶化程度不高，隨著溫度的升高，銳鈦礦相衍射峰強(qiáng) 度逐漸增加。加熱溫度增加至 500 時(shí)，樣品中同時(shí)存在金紅石結(jié)構(gòu)的 TiO2和銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2，即在此溫度下，2種晶型共存，晶體由銳鈦礦型向金紅石型轉(zhuǎn)化，銳鈦礦相衍射峰變得更加尖銳，金紅石相TiO2只有少量。根據(jù)Scherrer公式計(jì)算500時(shí)樣品的晶粒尺寸約為33 nm。隨著鍛燒溫度的增加，銳鈦礦型晶體逐漸向穩(wěn)定的金紅石型轉(zhuǎn)化。600 時(shí)金紅石相開始明顯，但主

21、要晶型仍為銳鈦礦相。當(dāng)達(dá)到 700 時(shí)，金紅石相已超過(guò)銳鈦礦相結(jié)構(gòu)，成為主要晶相?？梢?，鍛燒溫度是控制樣品晶型的一個(gè)非常重要的影響因素。2. 3 樣品的N2吸附 脫附曲線孔徑分布分析介孔粉體具有較發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行氮?dú)獾葴匚胶兔摳綍r(shí)，氮?dú)庠诳椎纼?nèi)凝聚和蒸發(fā)而引起氮?dú)馕降葴鼐€和脫附等溫線不同步，呈回滯環(huán)形狀。該現(xiàn)象能直接反映出孔道的結(jié)構(gòu)特征。圖3顯示了介孔67T iO2顆粒在500下的氮?dú)馕浇馕葴鼐€。從圖3可以看出，介孔TiO2顆粒脫附支線在中等大小相對(duì)壓力處有一較陡的變化。在相對(duì)壓力為0. 4 ! 0. 9范圍有明顯的回滯環(huán)。根據(jù)de Boer提出的吸附回線5種主要類型看，應(yīng)屬于E

22、型。這說(shuō)明該粉末具 有孔道結(jié)構(gòu)特征。圖4是相應(yīng)的孔徑分布曲線。從圖4孔徑分布曲線看出，介孔TiO 2顆?？讖?1 nm?？讖椒植颊?，比表面積為95. 339 m 2/ g, 孔容0. 095 cm 3/ g。由于污染物在 TiO2表面的吸附是其降解的一個(gè)重要條件，所以介孔結(jié)構(gòu)的催化劑會(huì)提升其光催化能力。2. 4溫度對(duì)介孔TiO2降解率的影響催化劑的熱處理溫度對(duì)其催化活性有顯著的影響。在500 熱處理1 h后，TiO 2具有銳鈦礦和金紅石兩種晶相。根據(jù)Bickley 等罔 的研究發(fā)現(xiàn)，具有高催化活性的TiO2多數(shù)為銳鈦礦型和金 紅石型的混合晶體。即金紅石型T iO2的存在，使催化劑的光催化活性在

23、一定程度上得到提高，但是，如果熱處理溫度過(guò)高，金紅石型TiO2的比例就會(huì)過(guò)高，造成催化劑過(guò)度燒結(jié)，使催化劑的晶粒變大、比表面積變小，與降解溶液的接觸面積減小，光催化活性就會(huì)下降，對(duì)光催化反應(yīng)反而不利。因此，熱處理溫度是催化劑 具有良好活性的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)對(duì)TiO2樣品分別在300、400、500、600、700下進(jìn)行熱處理，考察不同熱處理溫度下 T iO2的光催化性能。結(jié)果如圖 5所示，500下熱處理1 h的二氧化鈦光催化劑光催化性能最好。說(shuō)明在此時(shí)TiO2催化劑的熱處理溫度最適宜。2. 5催化劑用量對(duì)降解率的影響在甲基橙初始濃度為 20 mg/ L，室溫下，用500 熱處理1 h后的TiO2樣品

24、，其濃度分別 為0. 5 g / L,1.0 g/L, 1.5 g/ L的情況下進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，TiO 2為1.0 g/ L時(shí)催化效果明顯好于另外2種情況，其原因在于：在一定催化劑投加量范圍內(nèi)，隨液相體系催化劑用量的增加，吸收光子的幾率增大，價(jià)帶中的 電子激發(fā)到導(dǎo)帶形成帶負(fù)電的高活性電子e-增加，同時(shí)價(jià)帶上產(chǎn)生相同數(shù)量的帶正電的空穴h+。從而，遷移到粒子表面不同位置上的空穴h+就會(huì)將吸附在T iO2表面的OH和H2O分子并氧化成OH自由基，作為水體中存在的氧化劑中最強(qiáng)的OH自由基就會(huì)氧化被降解物質(zhì)。但當(dāng)投加量達(dá)到一定值時(shí)催化劑吸收光子的能力達(dá)到飽和，降解率不

25、再增加，若繼續(xù)增加催化劑用量，會(huì)由于催化劑顆粒濃度過(guò)大對(duì)入射光產(chǎn)生一定的散射屏蔽作用，阻擋入射光的透射深度，降低了光能的利用率，導(dǎo)致降解效率的下降14。7、結(jié)論本論文采用表面活性劑輔助溶膠-凝膠法制備了二氧化鈦，初步研究了制備二氧化鈦的條件。基于設(shè)計(jì)的原理，得出以下結(jié)論：一、本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑苽浣榭锥趸?。二、模板劑發(fā)揮著結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，是形成介孔的關(guān)鍵。表面活性劑濃度的不 同將影響表面活性劑的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致產(chǎn)物介觀結(jié)構(gòu)的不同。三、pH值對(duì)凝膠時(shí)間及材料結(jié)構(gòu)有較大的影響，在溶膠 -凝膠體系中，鹽酸 是反應(yīng)的穩(wěn)定劑和催化劑，隨著pH的下降，凝膠時(shí)間將會(huì)變長(zhǎng)。四、本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了表面活性劑輔助的溶

26、膠一凝膠法在不同合成條件對(duì)制備的二氧化鈦的粒徑及晶型的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入的表面活性劑量越大，粒徑將越??；當(dāng)水與二氧化鈦配比越大，粒徑越小&參考文獻(xiàn)：1. 期刊論文格式主要責(zé)任者.文獻(xiàn)題名J .刊名，出版年份，卷號(hào)(期號(hào))： 起止頁(yè)碼.女口：袁慶龍，候文義.Ni-P合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究:J .太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001, 32(1) : 51-532. 學(xué)位論文格式主要責(zé)任者.文獻(xiàn)題名D .保存地：保存單位，年份女口：張和生.地質(zhì)力學(xué)系統(tǒng)理論D .太原：太原理工大學(xué)，1998l :陳勇.納米材料制備與改性.遼寧：萬(wàn)卷出版公司，2008a :陳仙子，周真一，金容，張黎明.介孔材料的制備

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