溶胶凝胶工艺制备.doc

TiO2纳米粉体的溶胶凝胶工艺制备和光催化活性表征
    1972年Flljishima和Honda在《自然》杂志上发表的关于TiO2电极上光分解水的论文,标志着一个多相光催化新时代的开始。从那时起,来自化学、物理、材料等领域的学者围绕太阳能的转化和储存、光化学合成,探索多相光催化过程的原理、致力于提高光催化的效率。目前,光催化消除和降解污染物成为其中最为活跃的一个研究方向。TiO2作为一种光催化剂,越来越受到人们的广泛重视。利用TiO2、ZnO等半导体对有机污染物进行光催化降解,最终生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物,正逐渐成为工业化技术,这为环境污染的消除开辟了广阔的前景。
    光催化剂是光催化过程的关键部分,光催化剂的活性是光催化能否实现的一个决定性因素。采用溶胶一凝胶(so-gel)工艺制备TiO2纳米粉体具有设备投资少、颗粒大小均匀、比表面积大、光催化活性高等一系列优点。本文研究了TiO2纳米粉体的 sol- gel工艺制备,对TiO2纳米粉体的物性和光催化活性进行了表征,分析了不同TiO2粉体光催化活性存在差异的原因。

TiO2纳米粉体的制备
     依据文献报道,得知Ti(OC4H9)4-EtOH- H2O体系的全相区。从图1可以看出,凝胶区位于 A区,设计组分时,应确定在此区域内,才能得到稳定均匀的TiO2凝胶。实验中以钛酸丁酯[TI(OC4H9)4,化学纯]为原料,准确量取一定量的钛酸丁酯溶于无水乙醇中,缓慢加水使钛酸丁酯水解,得到稳定的TiO2凝胶, n(TI(OC4H9)4): n(EtOH):n(H2O)=3:4:3。TiO2凝胶在100℃干燥10h后,放人马弗炉内,在500℃保温10h,取出自然冷却至室温,研磨即得到TiO2纳米粉体。
(A:凝胶形成区,B:镀膜区,C:沉淀区)
图1 Ti(OC4H9)-EtOH-H2O体系的全相图

    用日本产SX-40型扫描电镜(SEM)观察了TiO2纳米粉体的表面状况和颗粒大小。样品的XRD测试是在德国产HZG4/B-PC型X射线衍射仪上进行的。-MKll型多功能电子能谱仪上对TiO2纳米粉体进行了XPS研究,X射线源为MgKa射线,实验过程中分析室的真空度为10 -7Pa,高分辨扫描谱和全谱的通过能分别为20eV和50eV,,以样品表面来自 XPS仪器本身的油污染碳(C IS,结合能 Eb=)作为荷电校正标准。BET比表面积是用GEMINI-2360型氮气吸附全自动比表面积分析仪测试。

    为了比较TiO2粉体的光催化活性,选择甲基橙作为光催化降解的模型化合物。甲基橙是一种较难降解的有色化合物(6),在酸性和碱性条件下的偶氮和配式结构是染料化合物的主体结构,因此,以其作为染料模型化合物具有一定的代表性。光催化实验是通过125W的高压汞灯照射TiO2粉体和甲基橙的悬浮液来分解水溶液中的甲基橙完成的。具体过程为:将一定量的TiO2粉体加人装有质量浓度为10g/L的40mL甲基橙水溶液的石英试管中,石英试管放在距紫外光源6cm处,光源波长范围为320~400nr