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玻璃纤维表面TiO_2微纳米结构的构建及其光催化性能研究

作　者: 张岚
导　师: 柳伟
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料学
关键词: 二氧化钛玻璃纤维微纳米结构光催化降解
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

半导体TiO₂光催化剂凭借其独特的物理化学性能在污水处理领域有着十分广阔的应用前景。本论文针对TiO₂催化剂负载后活性表面积大幅降低的问题,通过在玻璃纤维表面构筑TiO₂微纳米结构,利用TiO₂微纳米结构所具有大的比表面积以及大量空隙以提高光催化剂的负载量及其与目标降解物的接触反应面积,提出了一种制备负载型高效光催化剂新途径。主要研究结果如下:1.以钛酸丁酯为原料,玻璃纤维作为基体,采用溶胶-凝胶法以及水热处理技术,在玻璃纤维表面构筑了由TiO₂微米级和纳米级棒晶组成的微纳米结构。测试结果表明微纳米结构由金红石型TiO₂微米级和纳米级棒晶通过相互交错支撑和大量枝晶的发育生长构成。2.实验结果表明前驱体溶液配比和水热处理温度对生长于玻璃纤维上的TiO₂微纳米结构具有显著影响。当钛酸丁酯与盐酸与水的体积比为1:15:15时所得到的微纳米结构形态最佳。水热处理温度的提高显著促进了TiO₂棒晶的生长,但大的棒晶不利于高比表面积微纳米结构的构筑,最佳水热处理温度为150℃。3.采用溶胶-凝胶浸渍法和热处理工艺在具有微纳米结构的玻璃纤维上负载了锐钛矿TiO₂光催化剂。以甲基橙为目标降解物,研究了微纳米结构负载型TiO₂催化剂的光催化活性。实验结果表明,微纳米结构的存在使玻璃纤维对光催化剂的负载量明显提高,并在相同负载光催化剂的条件下表现出更加优良的光催化性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-30
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 TiO_2 光催化特性  12-14
    1.2.1 光催化反应机理  12-13
    1.2.2 光催化反应步骤  13-14
  1.3 TiO_2 光催化材料在污水处理方面的应用  14-16
    1.3.1 有机污染废水的处理  14-15
    1.3.2 含油废水的处理  15
    1.3.3 印染废水  15-16
    1.3.4 造纸废水  16
  1.4 TiO_2 光催化剂固定化的研究进展  16-20
    1.4.1 载体的主要作用  17
    1.4.2 载体的主要类型  17-18
    1.4.3 TiO_2 在载体上的固定方法  18-20
  1.5 构建半导体氧化物微纳米结构的方法  20-28
    1.5.1 静电纺丝法  20-21
    1.5.2 模板法  21-22
    1.5.3 溶剂热和水热法  22-23
    1.5.4 化学气相沉积(CVD)法  23-24
    1.5.5 真空蒸发法  24-25
    1.5.6 电化学沉积法  25-26
    1.5.7 气相传输法  26-28
  1.6 本课题的研究目的与内容  28-30
    1.6.1 本课题的研究目的  28-29
    1.6.2 本课题的研究内容  29-30
第二章实验部分  30-35
  2.1 实验试剂与仪器  30-31
    2.1.1 实验试剂  30
    2.1.2 实验仪器  30-31
  2.2 玻璃纤维的预处理  31-32
  2.3 TiO_2 溶胶的制备  32
  2.4 样品表征  32-33
    2.4.1 X 射线衍射物相分析  32
    2.4.2 扫描电镜形貌分析  32-33
    2.4.3 透射电镜形貌分析  33
  2.5 光催化反应实验  33-35
    2.5.1 实验用光源和实验用模拟污染物  33
    2.5.2 空白实验  33
    2.5.3 对照实验  33
    2.5.4 光催化反应装置  33-34
    2.5.5 光催化活性评价方法  34-35
第三章玻璃纤维表面 TiO_2微纳米结构的制备  35-50
  3.1 引言  35-36
  3.2 样品制备  36-37
    3.2.1 玻璃纤维表面TiO_2 薄膜的制备  36-37
    3.2.2 水热法制备玻璃纤维基TiO_2 分级结构  37
  3.3 结果与讨论  37-49
    3.3.1 水热处理时间对玻璃纤维基TiO_2 微纳米结构形貌的影响  40-43
      3.3.1.1 XRD 物相分析  40-41
      3.3.1.2 SEM 形貌表征  41-43
    3.3.2 前驱体浓度对玻璃纤维基TiO_2 微纳米结构形貌的影响  43-46
    3.3.3 水热温度对玻璃纤维基TiO_2 微纳米结构形貌的影响  46-49
      3.3.3.1 XRD 物相分析  47
      3.3.3.2 SEM 物相分析  47-49
  3.4 结论  49-50
第四章 TiO_2 催化剂在所制备载体上的固定化与光催化性能研究  50-67
  4.1 引言  50
  4.2 实验部分  50-51
  4.3 结果与讨论  51-65
    4.3.1 XRD 表征  51-52
    4.3.2 形貌表征  52-54
    4.3.3 微纳米结构载体负载TiO_2 薄膜的光催化性能研究  54-65
      4.3.3.1 薄膜层数对负载型TiO_2 薄膜的光催化性能影响  55-62
      4.3.3.2 TiO_2 溶胶浓度对负载型TiO_2 薄膜的光催化性能影响  62-65
  4.4 小结  65-67
第五章结论  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
个人简历  73
发表的学术论文  73

玻璃纤维表面TiO_2微纳米结构的构建及其光催化性能研究

内容摘要

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