二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究
二氧化钛薄膜光催化氧化法处理有机污染物避免了悬浮相催化剂易失活、易凝聚、难以分离回收的问题，近年来在环境污染治理、抗菌防污涂料、自洁净建筑材料等方面引起人们广泛的研究兴趣。目前二氧化钛薄膜的光催化技术步入实用化阶段还存在提高其光催化活性和太阳光利用率等许多技术难题。本文采用溶胶一凝胶法和浸渍提拉技术在玻璃表面制备了TiO<,2>薄膜，并对其光催化性能进行了研究。
首先，以钛酸四丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，三乙醇胺为抑制剂，并加入聚乙二醇，采用溶胶一凝胶法和浸渍提拉技术在玻璃表面制备了TIO<,2>薄膜。通过分析制备过程中一系列因素对薄膜的厚度、透光性、与载体结合程度以及薄膜中TiO<,2>晶型的影响，得出TiO<,2>薄膜的最佳制备条件为：原料各组分比例n(Ti(OC<,4>H<,9>)<,4>)：n(C<,2>H<,5>OH):n(H<,2>O)=1:22:7，PEG加入量为钛酸四丁酯质量的10％，热处理条件为500℃下保温2小时。该条件制备的薄膜对可见光的透光性好，吸收紫外线能力强，与玻璃基体结合牢固。表征结果表明薄膜由均匀致密的、粒径在100nm以内的锐钛矿TiO<,2>颗粒组成。
其次，分别考察了镀膜次数、光源、反应气氛、催化剂用量、罗丹明B溶液的初始浓度、光照时间、离子掺杂、水洗等因素对TiO<,2>薄膜光催化降解罗丹明B的影响。在相同的反应时间内，随着镀膜次数的增多，薄膜的厚度增大，薄膜对罗丹明B的降解率先增大后降低。镀膜四次的薄膜对罗丹明B的光催化降解效果最好。紫外光源在TiO<,2>薄膜光催化降解罗丹明B的过程中的作用是形成起主要氧化作用的-OH自由基，从而降解罗丹明B分子。空气的通入，一方面通过搅拌增大了二氧化钛薄膜表面与溶液中罗丹明B分子的接触几率；另一方面通过增加·OH自由基产生的几率提高二氧化钛薄膜的催化效率。罗丹明B在纯紫外灯下只能发生光致降解以及溶解氧的氧化作用。而在TiO<,2>薄膜的光催化作用下，在相同的反应时间内，随着玻片数量的增加，罗丹明B的降解率先增大后降低。当玻片数量为四时，光催化反应降解率达到最大。增大罗丹明B的初始浓度，光催化氧化反应的速率增大。TiO<,2>薄膜对罗丹明B的光催化降解反应基本符合一级动力学方程InCo/C<,t>＝kt。随着光照时间的延长，罗丹明B溶液的玫瑰红色逐渐褪去，紫外一可见吸收谱图中最大吸收峰迅速降低，7小时后完全消失，这表明降解过程中罗丹明B发色基团的减少，可以确定罗丹明B发生了降解反应。掺杂Cd<'2+>的TiO<,2>薄膜的紫外一可见吸收谱图表明，掺杂Cd<'2+>后薄膜对可见光的透过率仍保持良好，最大吸收波红移，在紫外区的吸光度值也增大。对罗丹明B的光催化降解实验表明掺杂Cd<'2+>后薄膜的光催化性能提高。室温及50℃下连续洗涤多次烘干后薄膜对罗丹明B的降解率没有明显差距。光催化反应后的TiO<,2>薄膜在数天放置光催化性能也没有明显差距。实验制备的锐钛矿型TiO<,2>粉体在用于光催化降解10mg/L的罗丹明B溶液时，能够通过搅拌与罗丹明B分子混合均匀，并使罗丹明B分子预先吸附在粉体颗粒表面，而且反应过程中的持续搅拌也能够增大二者的接触几率。因此其光催化性能略优于相同催化剂含量的TiO<,2>薄膜。然而，粉体催化剂在反应结束后的离心分离使其在实际应用中比薄膜繁琐。
溶胶;凝胶法;光催化;二氧化钛薄膜
中国海洋大学
硕士
海洋化学
李先国
2006
中文
TQ426.8;O643.36
57
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）