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微孔—介孔钛硅氧化物复合材料的合成与表征

作　者: 侯隽
导　师: 张昭
学　校: 四川大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 钛硅复合氧化物 微孔-介孔结构 无机原料工艺 热稳定性 光催化性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


介孔TiO2因其有序的介孔尺寸范围的孔道结构，大的比表面积更能表现出TiO2的优异性质，在光活性催化、催化剂载体、化学传感器等方面有广泛的应用前景。但介孔TiO2的热稳定性远不如硅基介孔材料，限制了其应用。利用氧化硅热稳定性好的特点，在纯介孔TiO2的基础上掺硅合成钛硅复合氧化物是解决问题的可能途径之一。论文以表面活性剂为模板，分别以有机钛硅原料（钛酸正丁酯TBOT和正硅酸乙酯TEOS）在硫酸催化的条件下同时水解和无机钛硅原料（Na2SiO3和Ti（SO4）2）两步水解工艺路线，制备多孔前驱体，经灼烧脱除模板剂制备出有微孔-介孔多级孔道结构，高比表面积，高热稳定性和具有光催化活性的钛硅复合材料，初步探索了硅对骨架结构的稳定作用机理。实验结果表明：（1）用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作模板剂，有机钛硅原料合成的样品具有短程有序的孔道结构，含有较多微孔结构；使用大分子共聚物P123作为模板剂，可以促进介孔形成，得到含有更多介孔结构的材料。优化的制备工艺条件为：水解反应的pH值为2.5～3.0，反应温度60℃，反应时间2h。（2）以CTAB为模板剂，用无机原料合成钛硅复合材料较用有机原料合成的材料具有更多介孔结构。添加十八铵（ODA）与CTAB共同作用，可以使产物的孔径和比表面积有明显增加。优化的前驱体合成条件为：硅浓度约为0.1mol／L，钛浓度约为0.1 mol／L，硫酸钛水解的pH值控制为1，在室温下进行水解缩聚，然后在125℃下水热处理24h。（3）采用两步灼烧法可有效脱除模板剂，对孔道结构的破坏较小。由于硅与钛共同形成骨架，起到稳定孔道结构的作用。经过350℃灼烧4h，750℃灼烧4h两步热处理后产物仍保持较好的孔结构和较高的比表面积（369 m2／g）。较高温度的热处理利于得到含有更多介孔结构的产物。（4）微孔-介孔钛硅复合材料对亚甲基蓝有较强的吸附能力和光催化性。掺杂氧化硅不仅增大了比表面积有利于光催化反应，而且提高了介孔氧化钛的热稳定性，阻止了从锐钛矿型向金红石型的相转变，在750℃高温下灼烧4h完全脱除模板剂得到的样品有高结晶度，保持为锐钛矿晶型，具有高光催化活性。以无机钛硅原料代替有机原料，制备具有微孔-介孔结构的钛硅复合氧化物，工艺较简单，成本降低。利用钛硅复合的办法提高了材料的热稳定性，并为钛硅复合材料带来新的结构特点，可望有新的应用。

全文目录


摘要  2-4
Abstract  4-7
目录  7-10
1 前言  10-36
  1.1 多孔材料的性质及应用  10-12
    1.1.1 介孔材料  10-11
    1.1.2 微孔-介孔材料  11-12
  1.2 介孔材料的合成  12-20
    1.2.1 介孔材料合成的基本特征  12-14
    1.2.2 有机模板剂和无机物种之间的相互作用  14
    1.2.3 介孔结构的生成机理  14-17
    1.2.4 介孔材料的合成方法  17-19
    1.2.5 微孔-介孔材料的合成  19-20
  1.3 多孔材料的表征  20-29
    1.3.1 X射线衍射(XRD)分析  21-22
    1.3.2 吸附分析  22-26
    1.3.3 显微技术  26-27
    1.3.4 热分析  27-28
    1.3.5 光谱技术  28-29
  1.4 介孔二氧化钛介孔材料的研究进展  29-31
    1.4.1 非硅介孔材料的合成和稳定方法  29-30
    1.4.2 介孔二氧化钛材料的应用  30
    1.4.3 介孔二氧化钛材料的掺杂改性  30-31
  1.5 本研究设想  31-33
    1.5.1 从金属有机化合物合成钛硅复合多孔材料  31-32
    1.5.2 从无机化合物合成钛硅复合多孔材料  32
    1.5.3 钛硅复合多孔材料的热稳定性和光催化性能  32-33
  参考文献  33-36
2 有机钛硅原料合成钛硅复合材料  36-51
  2.1 引言  36
  2.2 实验部分  36-38
    2.2.1 单因素合成实验  36-38
    2.2.2 不同钛硅比产物的合成  38
    2.2.3 产物表征  38
  2.3 结果与讨论  38-48
    2.3.1 水解条件对前驱体孔结构的影响  38-41
    2.3.2 陈化条件对前驱体孔结构的影响  41-43
    2.3.3 钛硅比例对产物孔结构的影响  43-48
  2.4 本章小结  48-49
  参考文献  49-51
3 无机钛硅原料合成钛硅复合材料  51-67
  3.1 引言  51
  3.2 实验部分  51-53
    3.2.1 合成实验  51-53
    3.2.2 产物表征  53
  3.3 结果与讨论  53-64
    3.3.1 水解条件的影响  53-57
    3.3.2 原料浓度的影响  57-61
    3.3.3 优化及扩孔结果  61-64
  3.4 本章小结  64-66
  参考文献  66-67
4 钛硅复合材料的热处理研究  67-83
  4.1 引言  67
  4.2 实验部分  67-68
    4.2.1 前驱体制备  67
    4.2.2 热处理实验  67-68
    4.2.3 产物表征  68
  4.3 结果与讨论  68-80
    4.3.1 第一步焙烧  68-73
    4.3.2 第二步焙烧  73-79
    4.3.3 硅的作用机理探讨  79-80
  4.4 本章小结  80-82
  参考文献  82-83
5 钛硅复合材料的光催化性能  83-91
  5.1 引言  83
  5.2 实验部分  83-84
  5.3 结果与讨论  84-88
  5.4 本章小结  88-90
  参考文献  90-91
6 结论和进一步工作的建议  91-93
  6.1 结论  91-92
  6.2 存在问题与展望  92-93
作者在读期间科研成果简介  93-95
致谢  95

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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