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TiO₂纳米薄膜胶溶法制备及其光催化应用研究

作　者: 汪洋
导　师: 樊新民；朱和国；殷和平
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料工程
关键词: TiO2薄膜胶溶法光催化自清洁抗菌
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

针对传统的溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜所用的钛醇盐前躯体较昂贵及制备工艺中热处理过程对基底材质的限制等问题,以价格低廉的TiCl4为原料,采用胶溶法合成了中性纳米晶锐钛矿溶胶,并用该溶胶在玻璃基底上浸渍提拉制备TiO2纳米薄膜。研究结果表明,胶溶法合成的TiO2纳米晶溶胶(PTA),晶粒为锐钛矿型且结晶度较高,TiO2晶粒为针状,平均粒径约为7nm；TiO2纳米晶溶胶的最优制备条件为：pH=6-7,胶溶温度100℃,水浴时间5h,H2O2的添加量为H+：Ti4+=10。PTA薄膜表面光滑,颗粒平均粒径约为86nnm,且涂膜层数对膜表面的结构形貌影响有限；3层的薄膜与基底的附着力良好,亲水性最佳,具备超亲水性和防雾功能；PTA薄膜对亚甲基蓝的降解率达到90%以上,光催化效果显著。自清洁性能和抗菌性能研究表明,胶溶法制备的PTA薄膜具备良好的自清洁和抗菌性能,对大肠杆菌的抗菌率达到了96%。实验结果表明：通过胶溶法制备出的TiO2薄膜在晶粒形态、膜表面结构形貌及光催化活性等方面与商用TPX薄膜较接近,光催化活性较高且具备自清洁防雾和抗菌性能,说明该方法制备的TiO2薄膜具有一定的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 纳米TiO_2的特性  10-11
    1.1.1 TiO_2的晶体结构  10-11
    1.1.2 纳米TiO_2的量子尺寸效应  11
  1.2 TiO_2纳米薄膜的应用  11-13
    1.2.1 自清洁防雾  11-12
    1.2.2 抗菌  12-13
    1.2.3 空气净化  13
    1.2.4 水净化  13
  1.3 TiO_2纳米薄膜的制备方法  13-15
    1.3.1 溶胶-凝胶法  13-14
    1.3.2 水热法  14
    1.3.3 液相沉积法  14-15
    1.3.4 化学气相沉积法  15
  1.4 纳米TiO_2的光催化及光诱导亲水性(PIH)  15-17
    1.4.1 纳米TiO_2的光催化机理  15-16
    1.4.2 光诱导亲水性(PIH)原理  16-17
  1.5 论文选题依据、研究内容及创新点  17-19
    1.5.1 选题依据  17
    1.5.2 研究内容  17-18
    1.5.3 创新点  18-19
2 实验设计及测试方法  19-21
  2.1 实验方案设计  19
  2.2 TiO_2溶胶和薄膜的结构表征及性能测试  19-21
    2.2.1 溶胶和薄膜的结构表征  19-20
    2.2.2 溶胶和薄膜的性能测试  20-21
3 TiO_2纳米溶胶的制备与表征  21-37
  3.1 正交实验设计  21
  3.2 TiO_2纳米溶胶的制备  21-23
  3.3 TiO_2溶胶的表征分析  23-27
    3.3.1 XRD分析  23-24
    3.3.2 TEM分析  24-26
    3.3.3 DSC/TG分析  26-27
  3.4 制备条件对TiO_2结构形态及其光催化性能的影响  27-29
    3.4.1 pH值  27
    3.4.2 胶溶温度及时间  27-28
    3.4.3 H_2O_2用量  28-29
  3.5 结果与讨论  29-37
    3.5.1 溶胶的XRD表征与分析  30
    3.5.2 溶胶的TEM表征与分析  30-33
    3.5.3 溶胶的DSC/TG表征与分析  33-34
    3.5.4 溶胶的UV-Vis吸收光谱分析  34-35
    3.5.5 光催化性能测试  35-37
4 TiO_2纳米薄膜的制备与表征  37-52
  4.1 TiO_2纳米薄膜的制备  37-38
  4.2 涂膜层数对薄膜表面形态及其吸收光谱的影响  38-45
    4.2.1 薄膜的SEM表征与分析  38-40
    4.2.2 薄膜的AFM表征与分析  40-43
    4.2.3 薄膜的Uv-Vis吸收光谱表征与分析  43-45
  4.3 热处理温度对TiO_2薄膜光催化性能的影响  45-48
  4.4 薄膜的超亲水性研究  48-52
5 TiO_2纳米薄膜的自清洁性能及抗菌性能研究  52-56
  5.1 薄膜自清洁性能研究  52-54
    5.1.1 自清洁性能测试  53
    5.1.2 结果与评价  53-54
  5.2 薄膜抗菌性能测试与机理分析  54-56
6 结论  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录  62

TiO2纳米薄膜胶溶法制备及其光催化应用研究

内容摘要

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