zro,2掺杂tio,2纳米光催化薄膜的制备及其性能研究.docx

摘要
摘 要
在光催化降解有机物方面,Ti02是最具有代表性的光催化材料之一。Ti02吸收了一定能量的光子后,价带电子受激发进入导带,形成了具有强氧化性和强还原性的空穴一电子对,从而表现出光催化活性。制备负载型Ti02薄膜是解决颗粒状Ti02催化剂难回收、易凝聚和二次污染等问题的有效方法之一,但是由于纯 Ti02薄膜对自然光的利用率不高、化学稳定性差以及易磨损等缺点,限制了其在实际生产和生活中的应用。本项研究讨论了各项工艺参数与薄膜的光催化效率和薄膜硬度的关系,这对今后进一步研制耐磨光催化薄膜具有重要意义。
本研究采用溶胶一凝胶法分别制备了Ti02溶胶和Zr02溶胶,用混胶法制备了复合溶胶,并用溶胶一凝胶浸渍提拉法制备了负载型光催化薄膜。制备工艺简单,可操作性强。通过不同条件下制备的薄膜的各项性能的对比,得出了最佳工艺参数。
利用纳米粒度分析仪和x射线衍射仪对溶胶的粒度、颗粒尺寸分布以及晶粒大小和晶型转变进行了考察,结果发现溶胶浓度对粒度分布影响不大,溶胶性质稳定,颗粒粒度分布比较集中,大多数都在40nm以下。PEG的加入有利于颗粒的分散;Zr02的掺杂能够延迟Ti02晶相转变温度,而且能够有效抑制晶粒的长大。
利用扫描探针显微镜和扫描电子显微镜对薄膜的表面形貌进行了观察,发现 PEG的添加有利于薄膜表面颗粒的分散,能形成均匀分布的气孑L,适当增加薄膜表面的粗糙度;Zr02的加入能抑制晶粒的长大,而且使颗粒形貌发育得更加完善。结合TG—DSC和XRD曲线分析了热处理过程中有机物分解情况和晶型转变情况,从而制定了合理的温度制度。
通过对Zr02薄膜的XRD分析,发现,本实验能够制得稳定的四方相Zr02, 而且利用紫外一可见光光谱分析方法证明了Zr02的掺杂使TiOz薄膜的吸收边带红移,这就提高光催化剂薄膜的可见光的利用率。
通过光催化实验,讨论了Zr02、表面活性剂PEG的含量、热处理温度、光强度对光催化效率的影响。随着PEG和Zr02含量豹增加,薄膜的光催化效率先升高后降低,这是由薄膜的表面形貌和电子一空穴分离的效率决定的。对于确定的光源,光强度越大,光催化体系吸收的光子越多,越有利于光催化反应的进行。对于光催化薄膜的耐磨性的研究还很少有见报道,本实验对薄膜的硬度进行了初步探讨,发现,合理的组成材料,适当组分的相对含量有利于薄膜硬度的提高。Zr02作为机械强度高,耐磨性能好,硬度大的常用的力学性能良好的材料与
华南理工大学硕士学位论文
Ti02复合不仅提高了薄膜的光催化效率,还大大的增加了薄膜的硬度。结合本实验工艺,薄膜的硬度并不是按Zr02含量的增加而递增,而是有一个最佳值。薄膜的厚度对薄膜的硬度也有影响,当薄膜的层数达到一定值后,薄膜的硬度不再增加,反而降低。
关键词:溶胶一凝胶、薄膜、Ti02、Zr02、耐磨
Il
Abstract
Abstract
In the field of photocatalytic anic matter,titanium dioxide is one of the most representative photocatalytical titanium dioxide absorbs a certain amount of photons,valence—gap electron is excited and enters conduct-gap and results in hole-electron pairs which has strong deoxidation and oxidation,thus appears
photocatalysis。Preparation of titanium dioxide film immobilizated is an effective way
to solve such problems of titanium dioxide as powder an activator which is hard to reclaim、easy to agglomerate and causes double pollution As pure titanium dioxide film can not use the light effectively and it’S uncertain in chemical stability and easy to abrade,it、S use is greatly limited in production and people’S reseach
discussed the relation between proce