球形TiO2的制備及其光催化性能研究

1、河北科技師范學院本科畢業(yè)論文球形TiO2的制備及其光催化性能研究院（系、部）名稱：理化學院專業(yè)名稱：化學學生姓名：張某學生學號：1012070126指導教師：宋士濤2011年5月20日河北科技師范學院教務處制學術(shù)聲明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學院。本人簽名：日期：指導教師簽名：日期：摘要本文采用水解沉淀法制備TiO2實心微球，

2、并研究了制備過程中鈦酸丁酯與添加劑（PEG400）的摩爾比對生成的TiO2微球的粒徑及粒徑分布的影響。用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和紅外光譜儀（FT-IR）對其晶形、晶體結(jié)構(gòu)以及形貌等進行表征，并以甲基橙溶液為目標降解物，用722型分光光度計對球型TiO2的光催化性能進行測定。XRD及SEM結(jié)果表明制備出的樣品主要為銳鈦礦型TiO2微球。當PEG400濃度在0.050.10mol/L（TBT2mL、PEG400溶液0.4mL）范圍時，TiO2呈雙粒徑分布，隨著添加劑濃度增加，大粒徑微球數(shù)量減少，小微球數(shù)量增加，TiO2微球比表面積增加，催化劑的催化性能增強，當添加劑濃度增

3、加到0.150.20mol/L時，小微球保存下來，大微球消失，TiO2微球比表面積達到最大，其催化性能最強，對15mg/L的甲基橙溶液脫色率最高能達到98.29%，且穩(wěn)定性好，能重復使用。關(guān)鍵詞：二氧化鈦；微球；光催化AbstractTheTiO2sphericalpowderwaspreparedbyhydrolysis.TheinfluenceofthemolarratioofTBTandPEG400ontheparticlesizeandsizedistributionofTiO2microspherewasstudied.Particlesizeandmorphologywerecha

4、racterizedbytheX-raydiffraction,thescanningelectronmicroscopeandtheFT-IR.TheresultsshowedthatthesamplespreparedmainlyanataseTiO2microspheres.Whentheadditiveconcentrationinthe0.050.10mol/Lrange,TiO2distributeindouble-size.Withtheincreaseofadditiveconcentration,thenumberofsmallmicrospheresandthecataly

5、ticperformanceenhancementincrease.Whentheadditiveconcentrationincreasedto0.150.20mol/L,thesmallmicrospherespreserved,largemicrospheresdisappeared,TiO2microspheressurfaceareareachmaximum,andthecatalyticpropertiesisthestrongest.Thehighestdecolorizationrateonthemethylorangesolutionof15mg/Lcanreachto98.

6、29%,andithasgoodstabilitytobereused.Keywords:Titaniumdioxide;Microsphere;Photocatalysis TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 摘要2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document AbstractI HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 緒論1論文研究背景與意義1TiO2光催化機理與存在形式1球形二氧化鈦的制備方法2 HYPERLINK l bookm

7、ark16 o Current Document 儀器與藥品3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 實驗儀器3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 實驗藥品3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 實驗內(nèi)容4球形TiO2光催化劑的制備4TiO2光催化劑的表征5XRD表征.5SEM表征.5FT-IR表征5TiO2光催化劑的性能研究5TiO2降解不同濃度的甲基橙溶液5不同的TiO2催化劑降解相同濃度的甲基橙溶液6TiO2光催化劑的重復使用性測試6 TOC o

8、 1-5 h z HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 結(jié)果與討論6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document XRD分析6煅燒溫度對TiO2晶型的影響6催化反應對TiO2晶型的影響9添加劑濃度對TiO2晶型的影響9SEM分析10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document FT-IR分析13TiO2光催化性能分析14甲基橙溶液吸光度-濃度標準曲線14TiO2降解不同濃度的甲基橙溶液14不同的TiO2光催化劑降解固定濃度甲基橙溶液15TiO2光催化劑的重復使用性測試1

9、7結(jié)論18參考文獻191緒論論文研究背景與意義隨著環(huán)境污染的日益嚴重，環(huán)境污染的控制與治理己經(jīng)成為人類社會亟待解決的重大問題。早在1977年，F(xiàn)rank和Bards1檢測到TiO2可還原水中的氰離子，從而首次揭示了TiO2在環(huán)境凈化方面的應用，隨后，世界各地的科研工作者開始了對二氧化鈦各種功能的探索與研究。納米TiO2作為重要的凈化環(huán)境的綠色功能無機材料，具有較高的折光系數(shù)和穩(wěn)定的物理化學性能。它不僅氧化能力強、無選擇性、能耗低、無二次污染、降解完全，還具有價廉、無毒、可長期使用等特點，而且在水相、氣相和非水溶劑中都十分有效，被廣泛地用來光解水、殺菌和制備太陽能敏化電池等等2,3。現(xiàn)在，以Ti

10、O2做光催化劑的非均相光催化氧化有機物技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，特別是在環(huán)境保護方面，TiO2更是展現(xiàn)了廣闊的應用前景，成為近年來光催化技術(shù)研究的熱點。因此，對二氧化鈦各種功能的探索與研究無論是對能源的有效利用還是對全球生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化都具有重要意義。與一般的粉末TiO2相比，球形結(jié)構(gòu)的TiO2具有結(jié)構(gòu)獨特、性能優(yōu)異、使用范圍廣等諸多特點。由于具有最低的滑動摩擦系數(shù)，優(yōu)越的擴展性，球形顆粒表現(xiàn)出良好的流動性，而且二氧化鈦微球顆粒由于具有較大的比表面積，使二氧化鈦的各種性能都有大幅度的提高4。TiO2光催化機理與存在形式TiO2光催化的一般機理是：當TiO2受到能量大于其帶隙能的光照射時，價帶上的

11、電子受到激發(fā)，越過禁帶從價帶躍遷至導帶，在導帶出現(xiàn)光生電子，相應的在價帶形成空穴，即形成電子-空穴對。電子-空穴對可以無選擇性地直接或間接氧化有機污染物，使有機污染物最終被礦化為CO2、H2O、無機酸等，從而達到對有機物的降解5。TiO2（銳鈦礦型）的禁帶寬度是3.2eV，需要能量大于3.2eV的紫外光（波長小于380nm）才能使其激發(fā)產(chǎn)生光生電子-空穴對，同時光生電子和光生空穴的快速復合大大降低了TiO2光催化的量子效率，直接影響到TiO2光催化劑的催化活性6,7。TiO2晶型結(jié)構(gòu)一般可分為金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型，板鈦礦型TiO2由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，是一種亞穩(wěn)相，極少被應用?；谔岣叽呋?/p>

12、性的考慮，光催化過程一般多選取銳鈦礦型作為催化劑。銳鈦礦型TiO2顆粒禁帶寬度為3.2eV，而金紅石型顆粒為3.0eV，禁帶寬度的大小與顆粒激發(fā)后電子-空穴對的產(chǎn)生及復合速度有關(guān)。根據(jù)半導體激發(fā)理論，盡管金紅石型TiO2在波長小于410nm的入射光照射下即可被激發(fā)，而銳鈦礦型TiO2則需在波長小于380nm的入射光照射下才可激發(fā)，但金紅石型TiO2激發(fā)后產(chǎn)生的電子-空穴對復合速率快，銳鈦礦型TiO2與之對比則復合速率較慢，因此具有更好的催化氧化效果。TiO2晶型結(jié)構(gòu)與制備方法和燒結(jié)溫度有關(guān)。銳鈦礦是TiO2的低溫相，金紅石是TiO2的高溫相。銳鈦礦相到金紅石相的相轉(zhuǎn)化溫度一般為5006008。

13、球形二氧化鈦的制備方法制備TiO2微球的方法很多，按照原料的不同大致可分為兩類：氣相法和液相法，氣相法包括化學氣相沉積法、激光CVD法、等離子CVD法。氣相法的特點是粉體純度高，顆粒尺寸小，顆粒團聚少，化學活性高，但產(chǎn)率低，成本高。因而目前制備TiO2納米粒子多采用液相法，包括沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱反應法、微乳液法。其中沉淀法主要分為直接水解法、均勻沉淀法及共沉淀法。直接水解法可分為無機和有機兩種反應途徑。無機方法一般是以無機鈦鹽作為前驅(qū)物在強烈攪拌下緩慢滴入到蒸餾水或堿液中，生成均勻沉淀，成本低廉，是一種較經(jīng)濟的方法。有機方法以鈦醇鹽作為前驅(qū)體，利用其能溶于有機溶劑并能發(fā)生水解生成氫氧化

14、物或氧化物沉淀的特性來制備TiO2粒子。制得的TiO2粉體純度高，但成本相對較高9。本實驗用的是直接水解法的有機方法。2儀器與藥品2.1實驗儀器實驗所用主要儀器見表2-1表2-1實驗儀器Table2-1Instrumentsusedintheexperiment儀器型號生產(chǎn)廠家磁力攪拌器85-1江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠電子天平FA2104上海良平儀器儀表公司續(xù)2-1儀器型號生產(chǎn)廠家馬弗爐SRJX-13天津市中環(huán)實驗電爐有限公司烘箱202-2上海市實驗儀器總廠真空干燥箱ZD79-A北京興爭儀器設(shè)備廠722分光光度計722S上海精密科學儀器有限公司紅外光譜儀FTIR-8900日本島津公司紫外可見分光光

15、度UV-2401PC日本島津公司掃描電子顯微鏡KYKY2800國產(chǎn)X射線衍射儀D/MAX2500PC日本理學株式會社數(shù)控超聲波清洗器KQ-100DB昆山市超聲波儀器公司2.2實驗藥品實驗中所用實驗藥品見表2-2表2-2實驗藥品Table2-2Reagentsusedintheexperiment藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家鈦酸丁酯化學純天津市光復精細化工研究所無水乙醇分析純天津市風船化學試劑科技有限公司聚乙二醇400分析純天津市風船化學試劑科技有限公司甲基橙分析純天津市風船化學試劑科技有限公司3實驗內(nèi)容球形TiO2光催化劑的制備分別稱量0.4g、1.2g、2.1g、3.3g、4.2g、6.2g、8.3

16、gPEG400,力口少量蒸儲水稀釋，并分別轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水定容，搖勻，配制成濃度分別為0.01mol/L、0.029mol/L、0.051mol/L、0.080mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L的PEG400溶液，貼上標簽備用。緩慢滴加TBT -白色濁液磁力攪拌 30min量取50mL無水乙醇倒入燒杯中，加入0.4mL相應濃度的PEG400溶液,使用磁力攪拌器劇烈攪拌的同時緩慢滴加鈦酸丁酯2mL,攪拌30min,將反應溶液用數(shù)控超聲波清洗器超聲分散20min,陳化24h,然后將所得固液混合物抽濾，所得沉淀用乙醇洗滌數(shù)次，放入真空干燥箱60C真空

17、干燥2h,將干燥后的樣品放入馬弗爐中500600C煨燒2h,冷卻后得到球形TiO2樣品。實驗流程見圖3-1o超聲分散固液混合陳化24h抽濾醇洗60c真空干燥白色沉淀無定型TiO22h煨燒500C球形TiO2樣品圖3-1沉淀法制備球形TiO2流程圖2 spherical powder by hydrolysisFigure3-1TheflowchartonpreparationofTiOTiO2光催化劑的表征XRD表征在D/MAX2500PC型X射線衍射儀上用Cu靶進行物相分析，管電壓40kV,管電流200mA,掃描范圍28為2080o,掃描速度10/min。實驗對不同煅燒溫度下處理的TiO2樣

18、品、加入不同濃度添加劑的TiO2樣品以及光催化前后的TiO2樣品分別進行了XRD分析。SEM表征采用KYKY2800掃描電子顯微鏡對TiO2微球的形貌、粒徑及粒徑分布進行觀察分析，電壓20kV，電流為200mA。其中測試的樣品為煅燒前后以及加入不同濃度添加劑制備而成的TiO2。FT-IR表征采用FTIR-8900紅外光譜儀對TiO2粉末及球形TiO2樣品進行紅外光譜分析及比較。TiO2光催化劑的性能研究TiO2降解不同濃度的甲基橙溶液配制并量取濃度分別為5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L的甲基橙標準溶液各50mL于表面皿中，加入0.1

19、gTiO2光催化劑（制備時PEG400濃度為0.029mol/L）。將其置于紫外燈下照射，每隔一定時間取樣一次，每次取樣4mL，用高速臺式離心機離心分離（轉(zhuǎn)速為3000r/min，時間5min），以確保樣品中的催化劑分離完全，然后取上層澄清溶液用722可見分光光度計測試甲基橙溶液在最大吸收波長462nm處的吸光度，測定其降解脫色情況。由公式T=（A0-At）/A0計算甲基橙的脫色率（At表示甲基橙溶液在反應時間為t時的吸光度值，Ao表示甲基橙溶液初始的吸光度值）。根據(jù)計算出的脫色率大小對催化劑的催化性能作出評價，比較同種球形TiO2樣品對不同濃度甲基橙溶液的催化降解效果。不同的TiO2催化劑降

20、解相同濃度的甲基橙溶液量取5組50mL15mg/L的甲基橙標準液于表面皿中，分別加入0.1gTiO2催化劑，其制備時PEG400溶液的濃度分別為0.01mol/L、0.051mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L。超聲分散20min，使催化劑分散均勻。將其置于紫外燈下照射，每隔一定時間取樣一次，每次取樣4mL，離心分離5min，確保樣品中的催化劑分離完全，然后取上層澄清溶液用722可見分光光度計測試甲基橙溶液在最大吸收波長462nm處的吸光度，測試其降解脫色情況。按公式T=（A0-At）/A0計算甲基橙的脫色率，比較不同濃度的PEG400溶液制出的TiO2對同種

21、濃度甲基橙的光催化降解效果。TiO2光催化劑的重復使用性測試本組實驗將上組中使用過的兩組TiO2催化劑（制備時PEG400濃度分別為0.15mol/L、0.20mol/L）回收、醇洗、烘干、稱量。由于過程中有TiO2損耗，為保持催化劑對甲基橙的使用量相同，二次催化實驗則量取2組25mL甲基橙溶液（15mg/L），分別加入上述不同的TiO2催化劑0.05g，超聲分散15min后開始二次催化降解。得出數(shù)據(jù)后計算兩次催化過程的甲基橙脫色率，從而評價TiO2光催化劑的穩(wěn)定性及重復使用性。4結(jié)果與討論XRD分析煅燒溫度對TiO2晶型的影響未煅燒以及不同煅燒溫度下處理的TiO2所得的XRD譜圖見圖4-1j

22、aAajlXuiAAlILl._/L.二_.500VAAr400V2011020lg 211213 融 No： 00-021-1272608030)220002 310,No： 01-096-0148_4Lil1I6080未嫩燒圖4-1不同煨燒溫度下制備的TiO2的XRD圖2 at different temperatureFigure4-1XRDPatternsofTiO圖4-1為TiO2前驅(qū)體在不同溫度下鍛燒2h后的XRD圖。最下層標注為No:01-086-0148的是金紅石型TiO2的標準卡片；標注為No:00-021-1272的是銳鈦礦型TiO2的標準卡片。由圖可見，不經(jīng)過煨燒處理的T

23、iO2為無定型TiO2,即TiO2前驅(qū)體為無定型結(jié)構(gòu)。隨著溫度的升高，在400C煨燒處理后，在28=25.26(101)28=38.0(004)28=48.0(20例出現(xiàn)明顯的銳鈦礦型TiO2的衍射峰，表明TiO2的晶型已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相，但衍射峰強度相對較弱，峰形相對不尖銳，晶型不完美；在500C煨燒處理后，銳鈦礦品格逐漸趨于完整，特征峰出現(xiàn)在28=25.3(101)、28=38.0(004)、28=48.0(200)28=53.9(105)28=55.1(211)峰型尖銳，峰強較強，形成完美的銳鈦礦型TiO2；經(jīng)過650C煨燒處理后，在28=25.3(101、)29=38.00(004)2

24、9=48.0(200)現(xiàn)銳鈦礦相特征峰的同時，在28=27.4(110)28=36.1(101)28=54.3(211)現(xiàn)金紅石型TiO2特征峰，且衍射峰強度較強，峰形較尖銳，這表明樣品中已有相當一部分銳鈦礦型TiO2轉(zhuǎn)化為金紅石型TiO2,即樣品中既有銳鈦礦型TiO2又有金紅石型TiO20由PDXL軟件分析,此時金紅石型TiO2含量已經(jīng)達到47.2%。從圖中還可以看出，熱處理溫度較低時，衍射峰較寬，說明粒子粒徑細小，品型發(fā)育不甚完善；隨熱處理溫度升高，衍射峰變得尖銳，說明粒徑變大且晶型發(fā)育逐漸完整。A/l520 C550cNo: 00-021-1272 TOC o 1-5 h z 6080(

25、220)(301)；哄(No:01-086-0148I1I1I9I2040608020()圖4-2不同煨燒溫度下制備的TiO2的XRD圖2 at different temperatureFigure4-2XRDPatternsofTiO由圖4-2可見，最下層標注No:01-086-0148的是金紅石型TiO2的標準卡片，標注No:00-021-1272的是銳鈦礦型TiO2的標準卡片。在520C下煨燒處理后，在29=27.4(11助現(xiàn)金紅石型TiO2特征峰，衍射峰強度很弱，說明520C時開始有極少量金紅石相TiO2出現(xiàn)，由PDXL軟件分析，此時金紅石型TiO2含量約1.2%。在550c煨燒處理

26、后，28=27.4(110)28=36.1(101)都出現(xiàn)了金紅石型TiO2特征峰，且強度相對520C較強，此時金紅石型TiO2含量已經(jīng)不可忽略，由PDXL軟件分析，此時金紅石型TiO2含量達到5.9%。由于銳鈦礦型TiO2催化效果優(yōu)于金紅石型TiO2催化效果，為保證制得的TiO2具有較高的催化效率，煨燒溫度應為500C,不要超過520C。催化反應對TiO2晶型的影響光催化劑的穩(wěn)定性是評價催化劑性能的一項重要指標，能否重復使用對TiO2光催化劑有著重要意義，本實驗對光催化反應前后催化劑樣品進行了XRD測試分析。催化前jMAJLJlI催化后I%,_Jj_T_r_.fIIIIII203040506

27、07002t(0)圖4-3催化反應前后催化劑的XRD圖譜Figure 4-3 XRD Patterns of TiO2beforeandafterthecatalyticreaction從圖4-3可以看出,催化劑樣品在經(jīng)歷8h光催化反應后的特征衍射峰沒有發(fā)生改變，表明此催化劑的穩(wěn)定性良好，可以重復使用。添加劑濃度對TiO2晶型的影響在500C煨燒下不同添加劑的濃度制備出的TiO2所得的XRD譜圖見圖4-4。如圖4-4所見，標注No:00-021-1272的是銳鈦礦型TiO2標準卡片。500C煨燒下，PEG400濃度為0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L制備出的TiO2其衍

28、射峰與標準卡片對照，樣品均為銳鈦礦型TiO2,圖譜中未見雜質(zhì)峰，表明添加劑的濃度并不能改變TiO2的晶形。SEM分析對4個未經(jīng)過煨燒的不同添加劑濃度的TiO2樣品和1個經(jīng)過500C煨燒的TiO2樣品進行掃描電鏡測定，得到SEM圖片見圖4-5。圖4-5中a、b、c、d都是未經(jīng)過煨燒處理的TiO2的SEM圖片。a、c、O.OSmol/L-AaAA-AAO.lOmol/L-/lAAAA44Jk一II0.15mol/L/V-JL_Jfc-A. TOC o 1-5 h z ,吧(CM)/(1121ir華號外修No:00-021-12727/I/一，rFr120400ao20()圖4-4不同添加劑濃度的T

29、iO2催化劑XRD譜圖Figure4-4XRDPatternsofTiO2preparedbyadditiveofdifferentconcentrationd圖放大8000倍，b圖放大4000倍。其中，制備a圖中TiO2使用的PEG400濃度為0.05mol/L,b為0.10mol/L,c為0.15mol/L,d為0.20mol/L。在圖a中，生成的TiO2微球根據(jù)大小分為兩類，第一類微球較大，直徑在1.6-1.8小問，第二類相對較小，直徑在0.6-0.9小。而圖b中，生成的TiO2微球根據(jù)大小同樣分為兩類，較大的直徑在1.6-2.0pm,較小的直徑在0.6-1.1叩。與圖a相比，小微球的數(shù)

30、量顯著增多,大微球的數(shù)量則減少。在圖c中，大部分微球的直徑在0.6-1.1pm問，只有極個別球體直徑約1.611m在圖d中，TiO2微球直徑在0.7-1.2小間，直徑1.6-2.0的大微球消失了。出現(xiàn)上述情況顯然與制備時加入白PEG400濃度有關(guān)，有資料報道稱當不加任何分散劑時制備出的TiO2微球直徑均在2.0小左右，而PEG400濃度大于0.20mol/L時均得到小粒徑的微球。在本實驗中，當PEG濃度為0.05-0.10mol/L時，生成的微球呈雙粒徑分布，微粒較小的直徑為0.6-1.1卜明較大的直徑為1.6-2.0以當PEG400的濃度從0.10mol/L增加到0.20mol/L時粒徑較小

31、的球形顆粒保存下來，而較大的微球消失了。根據(jù)上述PEG400對二氧化鈦微球的尺寸及其粒徑分布的影響,我們提出了一個可能的機理解釋此種粒徑分布的二氧化鈦微球的形成。將TBT加入到反應體系中，大量的二氧化鈦一次顆粒先形成。當PEG400存在時，這些一次顆粒很容易被其覆蓋。當PEG400的濃度在0-0.10mol/L范圍時，由于反應溶液中有限的添加劑，我們認為并不是所有的一次顆粒都被PEG400覆蓋。因此，除了被PEG400包裹的二氧化鈦一次顆粒，還有表面沒有包覆PEG400的一次顆粒，兩者存在于同一體系中。當PEG400的濃度從0.10增加到0.20mol/L時，粒徑較小的球形保存下來，而較大的微

32、球消失了，基于以上的結(jié)果，推斷粒徑較小的微球由表面包覆PEG400的一次顆粒團聚形成，而粒徑較大的微球由沒有包覆PEG400的一次顆粒團聚形成。表面包覆PEG400的一次顆粒具有更弱的團聚趨勢，形成較小的微球，而表面沒有包覆PEG400的一次顆粒具有更強的團聚趨勢，形成較大的微球10。abcd圖4-5段燒前樣品的SEM圖片F(xiàn)igure4-5SEMimagesofthesamplesbeforecalcination上述圖片中，TiO2微球團聚現(xiàn)象比較嚴重，究其原因是測定掃描電鏡前樣品超聲分散時間過短所致。圖4-6是500C下燒結(jié)2小時后樣品的掃描電鏡圖片。如圖所示，經(jīng)過燒結(jié)過程之后，除了少數(shù)球

33、形顆粒部分被損壞，大部分兩種粒徑分布的球形顆粒均被完好的保存下來。結(jié)合XRD衍射圖（圖4-1）說明通過燒結(jié)的二氧化鈦微球為銳鈦礦相。這進一步說明了大小不同兩種粒徑的球形顆粒均主要由二氧化鈦組成。-1DI1KXllhxn加 ID-圖4-6500C燒結(jié)后樣品的SEM圖片F(xiàn)igure4-6SEMimagesofthesamplesafterecalcinationsat500FT-IR分析將TiO2粉末與球形TiO2樣品進行紅外光譜分析，結(jié)果見圖4-7圖4-7TiO2粉末與微球的紅外光譜2 powder and TiO 2 microsphereFigure4-7Diffuseinfraredref

34、lectionspectrumofTiO如圖所示，400cm-1到700cm-1間的吸收譜帶是由Ti-O鍵的伸縮振動和Ti-O-Ti鍵橋的伸縮振動引起的11。與TiO2粉末的紅外吸收光譜相比，TiO2微球的光譜在669.25cm-1和526.53cm-1處兩相鄰的吸收峰相互發(fā)生干擾，寬化成一個峰(613.32cm-1),從而增強了對紅外光譜的吸收。TiO2光催化性能分析甲基橙溶液吸光度-濃度標準曲線用722型分光光度計測定濃度分別為5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L的甲基橙標準溶液在462nm處的吸光度值，并繪制甲基橙溶液的吸光度-濃

35、度的工作曲線，見圖4-8。根據(jù)郎伯-比耳定律，溶液的濃度和吸光度呈正比，經(jīng)過線性回歸可得到甲基橙在462nm處特征吸收峰的吸光度(A)隨其濃度(C)的變化關(guān)系(A=0.0588C+0.0743)及其相關(guān)系數(shù)(R2=0.9948)。由于R值在0.75-1時，A與C具有線性關(guān)系,由此表明，甲基橙濃度在0-40mg/L呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。，看量濃度(用幾)圖4-8甲基橙溶液的標準曲線Figure4-8ThestandardcurveofMethylOrangesolutionat462nmTiO2降解不同濃度的甲基橙溶液本組實驗中，每50mL甲基橙溶液加入0.10gTiO2,即催化劑用量為2.0g/

36、L,降解不同濃度的甲基橙實驗結(jié)果如圖4-9由圖可見，測試的7組甲基橙溶液脫色率均隨時間逐漸增大，且增大的趨勢由快到慢。在測試的七組不同濃度的甲基橙溶液中，初始濃度為20mg/L的甲基橙脫色率在270min內(nèi)基本保持最大,第270min脫色率達89.66%。當甲基橙的初始濃度高于20mg/L時，其脫色率隨濃度增加而逐漸降低，且降幅明顯。其原因在于，對于一定量的TiO2催化劑，當甲基橙濃度較低時，其對甲基橙的吸附作用相對較大，故其脫色效率較高。隨著甲基橙質(zhì)量濃度的增大，TiO2催化劑對甲基橙的吸附逐漸達到飽和，脫色效率達到最大。而對于高濃度甲基橙，催化劑無法吸附過多的甲基橙，導致甲基橙脫色率降低。

37、圖4-9不同初始濃度的甲基橙溶液脫色率隨時間的變化曲線Figure 4-9 The relationship of the decolorization rate ofMethyl Orange versus time atdifferentinitialconcentrations不同的TiO2光催化劑降解固定濃度甲基橙溶液本組實驗使用的5組TiO2催化劑在制備時加入的分散劑PEG400的濃度分別為0.01mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L。將止匕5組TiO2催化劑同時降解15mg/L的甲基橙溶液。甲基橙脫色率隨時間的變化見圖4-10。

38、如圖4-10所示，測試的5組甲基橙溶液脫色率均隨時間逐漸增大，且增大的趨勢由快到慢。5組甲基橙溶液的脫色率因相應的TiO2催化劑在制備時加入的PEG400的濃度不同而有較大的區(qū)別。當加入的PEG400的濃度為0.01mol/L時，其相應的甲基橙溶液在相同催化時間內(nèi)脫色率最小，到第270min時脫色率達93.07%。隨著分散劑濃度由0.01mol/L增大至0.10mol/L,甲基橙溶液同一催化時間內(nèi)的脫色率明顯增大，其中0.10mol/L的PEG400對應的甲基橙在第270min時脫色率達98.19%（如圖4-11）。當分散劑濃度由0.10mol/L增大至0.15mol/L時，同一時間內(nèi)甲基橙的

39、脫色率有較小的提高，當分散劑濃度由0.15mol/L增大至0.20mol/L時，其相應的甲基橙脫色率幾乎相同。由掃描電鏡分析得出的結(jié)論，當PEG濃度為0.05-0.10mol/L時，生成的微球呈雙粒徑分布，微球有大有小，當PEG400的濃度從0.10增加到0.15mol/L時，粒徑較小的球形顆粒保存下來，而較大的微球則消失，當PEG400的濃度從0.15增加到0.20mol/L,生成幾乎都是的小粒徑微球。圖4-10不同催化劑下甲基橙脫色率隨時間的變化曲線Figure4-10TherelationshipofthedecolorizationrateofMethylOrangeversustim

40、eatdifferentcatalyst由于粒徑小的微球比表面積較粒徑大的微球大，從而小微球的催化效果強于粒徑大的微球。也就是說，當加入的PEG400濃度在0.010.10mol/L時,其制備出的TiO2催化效果隨分散劑濃度的增加而變得更好，當加入的PEG400濃度在0.100.20mol/L時，其制備出的TiO2催化效果無顯著提升，尤其是分散劑濃度在0.150.20mol/L時，催化效果更相近。這與本組催化實驗得出的結(jié)果是致的。圖4-11紫外光照射270min后不同TiO2催化劑的甲基橙溶液脫色率曲線Figure4-11Therelationshipofthedecolorizationra

41、teofMethylOrangeafter270minutesatdifferentcatalystTiO2光催化劑的重復使用性測試能否長期重復使用對TiO2光催化劑有著重要意義，本組實驗將上組中使用過的兩組TiO2催化劑（PEG400濃度分別為0.15mol/L、0.20mol/L）回收、醇洗、烘干，稱量。由于過程中有TiO2損耗，為保持催化劑對甲基橙的使用量為2.0g/L,本重復催化實驗則量取2組25mL甲基橙溶液（15mg/L）,分別加入上述不同的TiO2催化劑0.05g,超聲分散15min后開始二次催化降解。得出的甲基橙脫色率隨時間的變化見圖4-12。圖4-12催化劑二次使用的甲基橙溶

42、液脫色率隨時間的曲線Figure4-12TherelationshipofthedecolorizationrateofMethylOrangecontinuouslyused2times如圖4-12,兩種TiO2的二次催化過程對甲基橙溶液的脫色率與第一次催化降解對甲基橙溶液的脫色率相比相差并不大。第一種TiO2（制備時加入的分散劑濃度為0.15mol/L）第一次催化時相應的甲基橙在第270min的脫色率為98.29%,二次催化時則為96.99%,活性降低1.32%。第二種TiO2（制備時加入的分散劑濃度為0.20mol/L）第一次催化時相應的甲基橙在第270min的脫色率為98.29%,二次催化則為97.13%,活性降低1.16%。這表明此TiO2催化劑有很好的重復使用性能。這與光催化反應前后對TiO2催化劑進行XRD分析比較得出的結(jié)論一致。結(jié)論1.XRD測試樣品結(jié)果表明，不經(jīng)過煨燒處理的TiO2為無定型TiO2,400C煨燒后，TiO2晶型轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相，500C煨燒處理后形成完美晶形的銳鈦礦型TiO2,溫度超過520C則出現(xiàn)金紅石型TiO2;TiO2光催化劑穩(wěn)定性良好，經(jīng)過光催化反應后特征衍射峰不發(fā)生改變；添加