二氧化鈦制備報(bào)告

二氧化鈦光催化二氧化鈦檢索報(bào)告-尹概述二氧化鈦，化學(xué)式為TiO?，俗稱鈦白粉，多用于光觸媒、化妝品，能靠紫外線消毒及殺菌，現(xiàn)正廣泛開發(fā)，將來有機(jī)會(huì)成為新工業(yè)。二氧化鈦可由鈦鐵礦用酸分解提取，或由四氯化鈦分解得到。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(huì)變黑；它又具有鋅白一樣的持久性。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑，可以產(chǎn)生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。二氧化鈦可制作成光催化劑，凈化空氣，消除車輛排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5懸浮顆粒物過高的空氣污染。二氧化鈦(TiO2)做為重要的寬禁帶n型半導(dǎo)體材料,有著穩(wěn)定性高、無毒、紫外吸收等特性,在環(huán)境、材料、能源、生物與衛(wèi)生等領(lǐng)域,應(yīng)用前景都很廣闊。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TiO2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(shí)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化鈦能極好的光催化分解污染物。1972

年，日本

Fujishima

和

Honda在Nature

雜志上報(bào)道，發(fā)現(xiàn)在光輻射的TiO2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H2。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(chǔ)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。

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。與常規(guī)材料相比，納米二氧化鈦具有比表面積大、磁性強(qiáng)、光吸收性好、表面活性大、熱導(dǎo)性好、分散性好等獨(dú)特的性能。同時(shí)由于納米二氧化鈦具有光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化效率高、氧化能力強(qiáng)、無毒無害、價(jià)格便宜、在實(shí)際應(yīng)用中工藝流程簡單、操作條件易控制、無二次污染等[1,4]優(yōu)點(diǎn)，使得納米二氧化鈦在廢水處理、大氣凈化、城市垃圾處理以及除臭殺菌等環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛研究和應(yīng)用。光催化技術(shù)作為綠色化學(xué)的一個(gè)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)中排放的各種烷烴、芳烴及其衍生物、鹵代物、多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物等大都能被光催化降解。把純潔無污染而又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)

光催化技術(shù)可利用太陽能降解有機(jī)物,無二次污染,反應(yīng)條件溫和,具有“能”和“環(huán)?！彪p重重要意義。TiO2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TiO2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。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，TiO2

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(dòng)力學(xué)等。至今，已研究過的半導(dǎo)體光催化劑包括TiO2、CdS、WO3、Fe2O3、ZnO、ZnS、SnO2

等,其中CdS、TiO2

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TiO2

的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)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TiO2

吸收的太陽能僅占總太陽能光強(qiáng)的3%，因此，圍繞TiO2

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(gè)課題。稻殼灰/TiO2復(fù)合吸附劑的制備2.1

實(shí)驗(yàn)材料稻殼(淮南市毛集克福米面有限公司);鈦酸正丁酯AR(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);二苯碳酰二肼;K2Cr2O7;其它試劑均為分析純。2.2

稻殼灰/TiO2復(fù)合吸附劑的制備將稻殼經(jīng)酸洗、水洗、干燥和煅燒后制得稻殼灰備用。將10ml鈦酸正丁酯加入到55ml的無水乙醇中,攪拌均勻后,加入2g備用的稻殼灰,然后將上述溶液加速攪拌,緩慢加入乙醇水溶液(5ml95%乙醇,5ml水,用硝酸調(diào)節(jié)pH至1左右),攪拌30min。靜置陳化一天后,把溶膠放至105℃烘箱中烘干,再取出已烘干的溶膠放入坩堝中,研磨成粉狀,放入馬弗爐中,510℃連續(xù)煅燒5h,即可制得稻殼灰/TiO2復(fù)合吸附劑2.3

實(shí)驗(yàn)儀器X衍射儀(日本島津-6000,銅靶);日本Hitachi公司X650掃描電鏡(日本Hitachi公司);723分光光度計(jì)檢測(cè)對(duì)次甲基藍(lán)的吸附能力整個(gè)試驗(yàn)裝置置于暗箱中，光源由20

W的紫外燈提供，光照距離為5cm。將亞甲基藍(lán)溶液放置玻璃反應(yīng)器中（高15mm，直徑80mm），然后再將盛有亞甲基藍(lán)溶液的玻璃反應(yīng)器放在紫外燈正下方。3.1

TiO2用量對(duì)光催化效果的影響

向培養(yǎng)皿中分別加入制備的納米TiO2溶膠(0.1

mol/L)

0、2，4，6，8，10

mL，然后加入100

mL亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液（10

mg/L）。打開紫外燈，光照180min，每隔30min取樣1mL，采用吸光光度法測(cè)定亞甲基藍(lán)的濃度。同時(shí)做空白對(duì)照。計(jì)算亞甲基藍(lán)溶液的去除率，繪制濃度變化曲線和去除率曲線。

2.2

pH對(duì)光催化效果的影響

根據(jù)前面確定的最佳投加量，向培養(yǎng)皿中加入納米TiO2溶膠，然后加入100

mL亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液（10

mg/L）。調(diào)節(jié)pH分別為5、6、7、8

。其余方法相同。

3.2亞甲藍(lán)濃度對(duì)光催化效果影響

根據(jù)前面確定的最佳投加量和最佳pH，向培養(yǎng)皿中加入納米TiO2溶膠，然后加入100

mL亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度分別為10、20、30、40、50mg/L。其余方法相同。3.2.1

Fe摻雜對(duì)光催化效果的影響

溶液中Fe3+與Ti4+的摩爾比分別為0.010:1，0.0075:1，0.0050:1，0.0025:1并對(duì)應(yīng)標(biāo)記為Fe3+

1.0，F(xiàn)e3+

0.75，F(xiàn)e3+

0.5，F(xiàn)e3+

0.25；然后加入100

mL亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液（10

mg/L）。打開紫外燈，光照180min，每隔30min取樣1mL，采用吸光光度法測(cè)定亞甲基藍(lán)的濃度。同時(shí)做空白對(duì)照。計(jì)算亞甲基藍(lán)溶液的去除率，繪制濃度變化曲線和去除率曲線。

3.2.2

Ce對(duì)光催化效果的影響

溶液中Ce3+與Ti4+的摩爾比分別為0.015:1，0.010:1，0.0025:1并對(duì)應(yīng)標(biāo)記為Ce3+

1.5，Ce3+

1.0，Ce3+

0.25。其余方法相同。

2.3可見光對(duì)光催化效果影響

根據(jù)前面確定的最佳Fe和Ce摻雜量，向培養(yǎng)皿中加入納米TiO2溶膠，然后加入100

mL亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液，在日光燈照射下降解。其余方法相同。［參考文獻(xiàn)］

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