胶原纤维为模版制备TiO_2及La/TiO_2纳米纤维及光催化活性研究

以胶原纤维为模版分别负载钛（Ti4＋）或钛（Ti4＋）和镧（La3＋）,在高温下煅烧制得TiO2和La/TiO2纳米纤维。通过扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FESEM）、X-射线衍射（XRD）、比表面积和孔径分析、X-射线光电子能谱（XPS）、紫外可见光谱（UV-Vis）等对这2种纳米纤维的结构和物理性能进行了表征。结果表明,TiO2和La/TiO2较完整地保持了胶原纤维的纤维状结构。在600~800℃范围内随着煅烧温度的升高,TiO2和La/TiO2的晶粒尺寸逐渐增大,晶格常数发生各相异性的变化。La/TiO2的相变温度在700~800℃之间,明显高于未掺杂TiO2的相变温度。N2吸附-脱附等温线按Langmiur分类为Ⅳ类,表明TiO2和La/TiO2纳米纤维具有介孔结构。与Degussa P25相比,TiO2和La/TiO2吸收光谱范围明显红移。当以可见光为光源进行酸性橙Ⅱ光助催化降解反应时,TiO2和La/TiO2纳米纤维均表现出比Degussa P25更高的催化活性。

La^(3+)掺杂TiO_2纳米纤维的制备、表征与光催化性能

结合溶胶-凝胶法、静电纺丝技术和高温煅烧制备了La3+掺杂TiO2纳米纤维。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、比表面积及孔隙分析仪、X射线衍射仪和紫外分光光度计对纳米纤维的形貌、晶型、表面和孔隙结构以及光催化性能进行了表征和测试。结果表明,La3+掺杂TiO2纳米纤维表面为多孔的纤维状结构。La3+掺杂明显改善了TiO2纳米纤维的表面孔隙结构,对TiO2纳米纤维的粒子生长有一定的抑制作用。光催化降解性能测试结果表明,当La3+掺杂量为0.04%(质量分数)时,TiO2纳米纤维的光催化性能最佳。

CNTs/La^(3+)掺杂TiO_2纳米纤维对Cr(Ⅵ)的催化性能研究

通过静电纺丝技术分别制备了碳纳米管(CNTs)掺杂,CNTs/La^(3+)共掺杂的TiO_2纳米纤维,以重金属Cr(Ⅵ)为目标降解物,考察了碳纳米管单组分掺杂,La3+/碳纳米管(CNTs)共掺杂TiO_2纳米纤维(CLCT)及溶液p H值对重金属Cr(Ⅵ)催化活性的影响。结果表明,La3+掺杂的TiO_2光催化活性高于纯TiO_2,适量La3+/碳纳米管共掺杂TiO_2光催化活性进一步提高,最佳掺杂量是当CNTs相当于Ti的摩尔浓度为0.15∶1和La3+的摩尔比为0.05%时得到的纳米纤维催化剂。当重金属Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,纳米纤维催化剂(CLCT)投加量为1.0 g/L,p H值为4时,10mg/L的Cr(Ⅵ),在可见光源照射下100 min后的催化效率达99.86%。

胶原纤维为模板TiO_2、La_x/TiO_2纳米纤维的制备、表征及光催化活性研究

以胶原纤维为模板分别负载钛(Ti4+)或钛(Ti4+)和镧(La3+),经高温煅烧制得介孔TiO2和La x/TiO2纳米纤维。通过场发射扫描电镜(FESEM)、N2吸附-脱附等温线、X射线衍射(XRD)、分子荧光光谱(PL)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等对这2类纳米纤维的结构和物理性能进行了表征。结果表明胶原纤维的纤维状结构能被较好地保留在TiO2和La x/TiO2纳米纤维中。TiO2和La x/TiO2纳米纤维的N2吸附-脱附等温线属于典型的Ⅳ型,表明其具有介孔结构。XRD分析表明,La3+的掺杂减小了TiO2的晶粒尺寸。与Degussa P25相比,介孔TiO2和La x/TiO2(x≤0.02)纳米纤维的紫外-可见吸收光谱红移,分子荧光光谱强度明显减弱。以孔雀石绿的光催化降解为模型反应,在可见光和紫外光激发下,介孔TiO2和La x/TiO2纳米纤维的光催化活性均高于Degussa P25。此外,La x/TiO2在可见光激发下的光催化活性高于未掺杂的TiO2纳米纤维。

碳纳米管/La^(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维的制备与结构分析

采用静电纺丝的方法制备了碳纳米管(CNTs)与稀土La^(3+)共掺杂TiO_2的纳米纤维,并通过SEM、FT-IR,XRD,Ramon光谱和光致发光光谱的方法对样品的结构和微观形貌进行表征.结果表明:掺杂了稀土La^(3+)和CNTs的TiO_2纳米纤维(CLPT)经过500℃碳化后,所得到的纳米纤维(CLCT)变得弯曲;分散在纳米纤维CLCT内部的TiO_2以锐钛矿晶形存在,碳纳米管在纳米纤维中分布均匀,并表现出较高的石墨化程度;催化实验表明,掺杂了稀土和碳纳米管的TiO_2纳米纤维(CLCT)对亚甲基蓝光催化3 h后的降解率为82%,这主要是由于CNTs和稀土La^(3+)的协同作用增强了TiO_2的催化效率.

TiO_2纳米纤维无纺布的制备及光催化性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为配位剂与钛酸正丁酯(Ti(C4H9O)4)反应制得前驱体,再以乙醇为溶剂,CH3COOH作为催化剂,采用静电纺丝法制得PVP/TiO2复合纳米纤维,经550℃、700℃和900℃焙烧后分别得到以锐钛矿型的TiO2为主、以金红石型TiO2为主和完全金红石晶型的TiO2纳米纤维。对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和形貌,分别采用差热-热重分析(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等进行了表征。光降解苯酚水溶液的实验结果表明,550℃下煅烧得到的以锐钛矿占主体的TiO2纳米纤维,2h使浓度为50mg·L-1苯酚水溶液的降解率超过85%,这充分说明这种TiO2电纺纳米纤维具有良好的光催化性能。

静电纺丝技术制备TiO_2/SiO_2复合中空纳米纤维与表征

用静电纺丝技术成功制备出复合中空TiO2/SiO2纳米纤维。用动态热分析仪、红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和X射线能谱仪等分析技术对样品进行了表征。分析结果表明,得到的产物为复合中空TiO2/SiO2纳米纤维,以非晶SiO2为外壳,内壁由粒径为50 nm的晶态TiO2粒子组成,复合中空纳米纤维平均直径2μm,长度>100μm。讨论了复合中空纳米纤维的形成机制,复合纤维在烧结过程中,芯层TiO2纳米粒子向外表面扩散,与壳层SiO2粒子形成新化学键,得到复合中空纳米纤维。

TiO_2纳米纤维的制备及其对染料的光催化降解性能

采用溶胶-凝胶与静电纺丝技术相结合的方法,将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和钛酸四正丁酯混合制得前驱体溶液,纺丝得PVP/TiO2复合纳米纤维,然后经500℃高温煅烧制备了TiO2纳米纤维光催化剂,通过其对阳离子艳红5GN、弱酸性黄GN、雷马素蓝RR等染料的降解研究了TiO2纳米纤维的光催化性能。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了PVP/TiO2和TiO2纳米纤维的形貌结构;傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实了TiO2纳米纤维的形成;通过X射线衍射仪(XRD)对TiO2纳米纤维的晶型及晶粒大小进行了分析。结果表明制备出的TiO2纳米纤维形貌稳定,具有锐钛矿型TiO2结晶形态并对染料具有很好的光催化降解效果。

纳米TiO_2/再生纤维素复合薄膜的制备及光催化性能

在1烯丙基3甲基咪唑氯室温离子液体中,将纳米TiO2粉末与纤维素浆粕进行溶液共混,所得纤维素用水再生后,经过超临界CO2干燥处理,制备了不同TiO2含量的纳米TiO2/再生纤维素复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)对所得薄膜的形貌、结构进行表征。利用PCC-2型光催化活性检测仪测试薄膜在紫外光下光催化降解亚甲基蓝的能力,评价薄膜的光催化活性。讨论了纳米TiO2含量、超临界CO2干燥和真空干燥对薄膜性能的影响。结果表明:复合膜的光催化活性达到所用TiO2粉体的90%;经超临界CO2干燥处理所得复合膜的光催化活性明显高于真空干燥所得复合膜的活性;纳米复合膜的光催化活性随TiO2含量的增加先升高后降低,含量为5%时光催化活性最高。

钇或钕掺杂TiO_2纳米纤维的制备及光催化性能研究

采用静电纺丝技术,以Ti(SO4)2、聚乙烯吡咯烷酮(PVP,Mr=1300000)、稀土氧化物和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料,成功地制备了TiO2、Y/TiO2和Nd/TiO2纳米纤维.用XRD、FESEM、TEM和TG-DTA等分析手段对样品进行了表征.XRD分析结果表明,当焙烧温度为550℃时得到纯锐钛矿相RE/TiO2(RE=Y,Nd)纳米纤维,900℃时得到纯金红石型RE/TiO2(RE=Y,Nd)纳米纤维,稀土离子显著降低了TiO2的晶格参数.FESEM分析结果表明,RE/TiO2(RE=Y,Nd)纳米纤维直径约为50nm、长度>300μm.以罗丹明B和苯酚为目标降解物,研究了三种催化剂的光催化性能.其中,1.5mol%Y/TiO2光催化剂对罗丹明B的降解效率较高,而1.0mol%Nd/TiO2对苯酚具有较好的降解活性.因此,掺杂不同稀土离子的TiO2纳米纤维对不同降解物的降解能力不同.

SnO_2/TiO_2复合纳米纤维的制备及光催化性能

采用静电纺丝技术,以聚乙烯吡咯烷酮和钛酸正丁酯为前驱体,制得锐钛矿相TiO2纳米纤维,并以此为模板,采用水热方法制备了具有异质结构的SnO2/TiO2复合纳米纤维.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散光谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对产物形貌和结构进行了表征.结果表明,SnO2纳米粒子均匀地生长在TiO2纳米纤维表面,形成了异质结构的SnO2/TiO2复合纳米纤维.通过改变反应物浓度,能有效地实现SnO2/TiO2复合纳米纤维的可控合成.以罗丹明B为模拟污染物,考察了SnO2/TiO2复合纳米纤维的光催化性能,结果表明,该复合纳米纤维的光催化活性明显高于纯TiO2纳米纤维,初步探讨了光催化反应机理.

静电纺丝法制备TiO_2-WO_3纳米纤维及光催化脱汞的研究

采用静电纺丝法成功制备了TiO2-WO3纳米纤维,利用X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、紫外可见吸收光谱(ultraviolet-visible,UV-Vis)及比表面积及孔径分析仪(Brunauer-Emmett-Teller,BET)对其进行表征。使用制备的纤维脱除模拟烟气中的元素汞,研究了TiO2-WO3分别在无光、紫外光和可见光下的脱汞率;考察了WO3的最佳掺杂比;并分析了TiO2-WO3光催化脱汞的机制。结果表明TiO2-WO3纤维中TiO2以锐钛矿相形态存在,纤维的直径约为200nm;当WO3的掺杂含量为7%时,TiO2-WO3在紫外光下的汞脱除率可达到100%;TiO2-WO3脱汞效率的稳定性好,在420 min时紫外光下的脱汞率仍保持在100%。表面酸性和有效的电荷转移是TiO2-WO3纳米纤维光催化活性提高的主要原因。

导电聚苯胺/TiO_2复合纳米纤维的制备和表征

在无模板条件下，利用苯胺在纳米TiO2微粒表面的原位化学氧化聚合，成功制备了一系列不同TiO2含量的导电聚苯胺／TiO3（PANI／TiO3）纳米复合材料．通过TEM，XRD，FT-IR，TG-DTA及电导率测量等技术手段对其进行了表征．结果表明：复合材料的形貌呈纤维状，直径约20～40nm，长度在390～420nm范围；其中TiO2的含量为23．8％且具有金红石矿结构，聚苯胺也有一定程度的晶化；在复合材料中，TiO2和聚苯胺分子链之间存在强的相互作用，并对复合材料的热稳定性起促进作用；TiO2的含量对复合材料导电性能有显著影响，当TiO3含量为11．1％时电导率达到极大值2．86 S／cm．

水热法制备过程中TiO_2纳米纤维成形机理研究

采用水热法制备出φ20～30nm,长度达微米级的TiO_2纳米纤维,以XRD、TEM、IR等手段对不同工艺条件下获得的产物品型结构、微观形貌以及化学组成进行了表征,对TiO_2纳米纤维成形机理进行探讨,并就洗涤过程中pH值对纤维结构的影响进行分析.结果表明,TiO_2纳米纤维的形成机理可能是锐钛矿型TiO_2纳米颗粒在强碱作用下生成K_2Ti_6O_(13)颗粒,小颗粒沿一定晶轴生长,遵循溶解-生长机理,逐渐长成纳米纤维.清洗溶液的pH值对产物的成分和结构有较大影响,通过控制清洗溶液的pH值和热处理温度,可以获得组成分别为K_2Ti_6O_(13)、H_2Ti_3O_7和TiO_2的纳米纤维.在pH=7、80℃烘干条件下得到的主要是H_2Ti_3O_7纳米纤维,400℃煅烧后转变为TiO_2纳米纤维.

界面聚合法制备PANI／TiO2纳米复合纤维材料

采用界面自组装聚合的方法,成功地制备出PANI/TiO2纳米复合纤维材料,采用TEM,FTIR,XRD及TG等技术对其形貌、结构及热稳定性能进行了表征,并考察了苯胺单体浓度、TiO2的活化与否对复合材料形貌的影响.结果表明,TiO2的活化处理是影响该复合材料形貌的主要因素,活化处理后的TiO2能进入PANI纳米纤维的内部,且分散得更加均匀;PANI/TiO2纳米复合纤维的直径随着苯胺单体浓度的增加而增加.同时,TiO2的加入改善了PANI的耐热性能.采用该法合成的纳米复合材料具有合成条件温和、易于控制、纯化简单、省去了使用模板/消除模板的过程及能够一步得到大量产品等许多优点.

电喷法合成TiO_2纳米纤维与微米球及其光催化制氢性能

采用电喷法合成了TiO2纳米纤维与微米球.通过X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射光谱和比表面积与孔径分析,对TiO2纳米纤维与微米球进行了结构表征.详细研究了影响TiO2纳米纤维与微米球成型的各种因素.结果表明,电喷所用的聚合物溶液的黏度是TiO2纳米纤维与微米球成型的关键因素.光催化分解水制氢测试表明,与TiO2纳米颗粒相比,TiO2纳米纤维与微米球的光催化分解水产氢活性分别提高了80%和60%.

纳米TiO_2/CaCO_3-玄武岩纤维复合改性沥青的路用性能

为了同时改善沥青高温稳定性和低温抗裂性,本文选用纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维对沥青进行复合改性。采用锥入度试验、软化点试验、延度试验、黏度试验、动态剪切流变试验以及低温弯曲蠕变试验对复合改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性进行评价。结果表明:掺入纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维可有效提升沥青的抗剪切强度和黏结力,增强高温抗永久变形能力;掺入纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维后沥青低温延展性降低,在改性材料掺量较低时弯曲蠕变速率升高,低温应力松弛能力增强,改善了低温性能;同时掺入两种改性材料对于沥青性能的改善作用具有叠加效应,在沥青路面中进行应用有利于进一步提高其使用寿命。

纳米TiO_2改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能;用配备X射线能量色散谱仪的扫描电子显微镜观察和分析了复合材料磨损表面形貌以及纳米TiO2在粘结剂中的分散情况.结果表明,纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物可明显改善玻璃纤维织物的摩擦磨损性能,当纳米TiO2的质量分数为5%时,改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最佳,其磨损率比纯玻璃纤维织物低60%,且其最大承载能力提高.温度对纳米TiO2改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能影响很大,当温度高于200℃时,其摩擦系数开始增大、磨损加剧;当温度达到240℃时,纳米TiO2改性玻璃纤维织物因发生严重磨损而失效.

模板法制备的Fe^3＋/TiO2中空纳米纤维的光催化性能

以棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了Fe3+掺杂的二氧化钛(Fe3+/TiO2)中空纳米纤维光催化材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和ζ电位等技术对其形貌、结构、光吸收特性及其表面状态等进行了表征。以亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度与时间对Fe3+/TiO2中空纳米纤维光催化性能的影响。结果表明:利用该法可以制得棉花纤维形貌的Fe3+/TiO2中空纳米结构材料;所得材料的催化性能除与材料的尺寸、相结构有关外,还与表面荷电性质有关,表面荷电量越高、表面结构缺陷越多、表面活性位越多,催化活性越高。500℃下煅烧2 h所得材料表面长有大量的粒子(平均尺寸为12 nm),其中TiO2为锐钛矿结构,表面荷负电荷量最高,催化性能最好,如在太阳光下,2 h可使MB溶液的脱色降解率达93%,6 h完全脱色,而在纯TiO2中空纤维材料上约为70%;该材料还具有良好的催化稳定性能,重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上,且该催化剂材料易于离心分离去除。

改性纳米TiO_2/WPU复合材料在超细纤维合成革上的应用

将改性纳米TiO2添加到聚氨酯预聚体中,制备出具有良好稳定性的改性纳米TiO2/水性聚氨酯(WPU)复合材料;以其作为成膜剂,采用干法移膜法制备超细纤维合成革。通过对超细纤维合成革卫生性能、耐用性能等指标的测定,考察了复合材料的应用性能。结果表明:加入改性纳米TiO2可提高WPU的抗静电性且对涂层表面平整度无影响,当添加量为3%(质量分数)时,超细纤维合成革的透气性提高了40%,透水汽性提高了64%,其耐磨、耐折性也得到明显改善。