TiO2纳米管的制备及其光电性能研究

采用水热法成功地制备了厚度为1 nm,直径为15 nm的TiO_(2)纳米管。利用差热-热重分析、X射线衍射、透射电镜及紫外-可见漫反射光谱对产物的结构进行了表征,并通过TiO_(2)纳米管对甲基橙的降解效果对其光催化活性进行评价。结果表明:制备的TiO_(2)纳米管有锐钛矿和金红石两种晶型,反应时间对样品的组织结构和光催化活性有较大影响,金红石相比例随着反应时间的增长而减少。反应时间为12 h时,TiO_(2)纳米管具有更佳的晶型比例及形貌结构,光催化性能最好。通过对TiO_(2)纳米管的形成机理研究发现:TiO_(2)前驱体先在强碱的作用下形成片状结构的碱金属钛盐,然后,该片状结构在表面静电作用和弹性形变等多因素诱导下转变成更稳定的纳米管状结构。

One-Pot Green Synthesis of 1, 4-Dihydropyridine Derivatives Using Polyindole TiO2 Nanocatalyst by Solvent Free Method

This study used a Polyindole in combination with TiO2 nanocatalyst as an efficient heterogeneous catalyst to carry out a multi-component Hantzsch reaction involving different aromatic aldehydes with methyl acetoacetate, and aqueous ammonium to create 1,4-dihydropyridine derivatives under solvent free condition at ambient temperature. A broad range of aldehydes and methyl acetoacetates, ranging from heteroaromatic to polyaromatic one, with high level of functional group tolerance can be used to provide the desired products possessing relevant medicinal moiety in high yields. This technology has prospective advantages over current protocols, including the utilization of a cheap, stable, recyclable, and safe catalyst, quicker reaction times with higher yields and simple product isolation.

聚苯胺-TiO2复合膜对316L不锈钢耐蚀性能的影响

以苯胺单体和纳米TiO2胶体溶液为电解液,采用电化学聚合法在316L不锈钢表面合成了聚苯胺(PANI)膜和PANI-TiO2复合膜,并利用扫描电镜、X射线衍射等检测手段对PANI-TiO2复合膜的316L不锈钢表面进行了表征,用循环伏安法和动电位极化曲线研究不同pH值下苯胺聚合的效果及不同TiO2含量对316L不锈钢耐蚀性能的影响。结果表明,在pH为2.5的条件下,聚苯胺的聚合效果最好;相比于单一聚苯胺膜,PANI-TiO2复合膜对316L不锈钢具有更好的保护性能。当TiO2添加量为1.5 g时,制备的复合膜对提高316L不锈钢的耐蚀性效果最佳,其腐蚀电位为-0.55 V。

豆芽模板合成TiO2材料及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能研究

以廉价易得的豆芽为模板,通过将豆芽简单浸泡在钛前驱液中制备得到了保留豆芽形貌的多孔TiO2材料,通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM、XPS、UV-vis和荧光光谱进行表征,并对其紫外光下光催化还原Cr(Ⅵ)的性能进行探究。结果表明,在以甲酸为空穴牺牲剂的条件下,以豆芽茎为模板的TiO2(BSS-TiO2)效果最佳,光催化还原率为60 min达到100%,比无模板TiO2的光催化活性提高了22%,且该材料表现出较好的稳定性。

改性TiO2纳米材料的制备及防晒化妆品的应用性能分析

通过超声水解法制备了SiO2包覆的SiO2/TiO2纳米材料,研究了不同热处理温度对SiO2/TiO2纳米材料性能的影响,测试发现SiO2/TiO2纳米材料结构未发生变化,均为金红石型TiO2,SiO2包覆后通过物理包覆作用与TiO2发生了结合。微观测试发现SiO2/TiO2材料均为球形颗粒,直径为1.5~2μm,随着热处理温度的增加,尺寸轻微增大。亲水亲油测试表明SiO2/TiO2纳米材料具有较强的亲油性。其对亚甲基蓝的褪色率低于纯TiO2,随着热处理温度的增加,褪色率先降低后升高,550℃处理的SiO2/TiO2纳米材料对亚甲基蓝的褪色率最低为18.7%。将SiO2/TiO2纳米材料自制成防晒乳液,其对于紫外光屏蔽效果优于纯TiO2,热处理温度为550℃时,复合材料的透射率最低,对紫外光的屏蔽效果最佳。综合来看,SiO2包覆后的SiO2/TiO2复合材料在防晒化妆品的应用中具有较高的潜力。

双负载策略构建Au-BiOBr-TiO2光催化剂在可见光下快速高效降解黄药

浮选废水中残留的黄药会严重影响矿区周围生态环境。为了实现对黄药的高效降解,通过水热法、水浴沉淀法和光沉积法制备的Au-BiOBr-TiO_(2)(AuBT)三元复合光催化剂对废水进行处理是一种有效手段。在模拟降解矿物浮选废水实验中,AuBT表现出卓越的光催化降解性能。实验结果表明,0.2 g/L的AUBT光催化剂在20 min可见光照射下对初始浓度为20 mg/L黄药的光催化去除率可达到95.20%。机理检测表明,AuBT有效降低了带隙并扩大光响应范围,提高了材料的光催化活性。DFT计算表明部分电子向乙基黄药(SEX)分子转移,而这有助于激发光催化过程。自由基清除实验表明反应体系中的主要活性物种是光生空穴(h^(+)),其次是超氧自由基(·O_(2)^(-))。作为高效的光催化剂,AuBT在可见光下可降解各种类型的黄药,在浮选废水处理环节体现了巨大的潜力。

金红石型纳米TiO2对镉胁迫下水稻光合特性及镉、钛富集的影响

本文采用种植箱试验,研究金红石型纳米二氧化钛(TiO2-NPs)对镉胁迫下水稻光合特性及镉、钛富集的影响。试验结果表明,金红石型TiO2-NPs单一处理下对水稻叶绿素含量影响较小,随着金红石型TiO2-NPs浓度升高,对水稻叶绿素影响增大;单一Cd处理,导致水稻叶绿素含量增加;高浓度、小粒径的Cd与金红石型TiO2-NPs共同作用毒性增强,对水稻叶绿素含量影响较大。金红石型TiO2-NPs单一处理、单一Cd处理和二者结合可使水稻蒸腾速率和气孔导度逐渐增加,而净光合速率和胞间CO2浓度则明显下降;蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度与对照组没有显著差异,但净光合速率在金红石型TiO2-NPs与Cd的作用下出现不同程度的变化。水稻中镉主要在根部富集,Cd与金红石型TiO2-NPs联合作用会降低Cd的迁移率。水稻中根部钛含量远大于叶部,Cd与金红石型TiO2-NPs联合处理可以增加Ti的迁移率。这些试验结果可为探寻金红石型TiO2-NPs与Cd对水稻的单一与联合效应提供一定帮助和参考。

纳米TiO2在小鼠体内的急性毒性与组织分布

将25、100 nm和常规尺度的TiO2悬浊液经尾静脉注射小鼠,研究不同尺度TiO2对小鼠的急性毒性及其在小鼠脏器组织内分布的差异情况。结果表明:(1)注射25 nm TiO2的小鼠脏器系数随时间延长而增加,实验条件下的半致死注射剂量为815.3 mg/kg体重;当TiO2尺度增加时,脏器系数变化的规律性会有所降低。(2)TiO2尺度会影响其在小鼠体内的分布规律。注射总量相同时,小鼠体内的TiO2总含量与TiO2尺度基本呈反比;各尺度TiO2在不同脏器组织中的含量高低分别为:肝>肺>脾>肾>心(25 nm)、肺>脾>肝>肾>心(100 nm)、肝>脾>肺>心>肾(常规);各尺度TiO2对脏器组织的靶向性顺序分别为:肝>肺>脾>心>肾(25 nm)、肺>脾>肝>肾>心(100 nm)、肝>脾>肺>心>肾(常规)。(3)TiO2在小鼠体内主要分布于肝、肺和脾中。

Cu修饰TiO2纳米纤维及其光催化性能研究

TiO2是一类半导体技术光催化剂,在发展新能源技术领域、医疗卫生、净化室内空气质量方面具有潜在用途。但TiO2仍具光生载流子复合严重的问题而限制了其光催化性能。为解决上述问题,本论文采用Cu修饰TiO2纳米纤维,提高光催化CO2还原为CH4活性。首先通过高压静电纺丝制备TiO2纳米纤维,后将Cu修饰在纳米纤维TiO2催化剂上,系统表征所制备样品的物理化学性质,并探究其光催化还原CO2性能。结果显示,3%Cu/TiO2样品CO2还原为CH4效率为19.2μmolg-1h-1,是单纯TiO2的2.2倍。

GQDs/TiO_(2)可见光催化降解抗抑郁药阿米替林的研究

阿米替林是一种被广泛使用的抗抑郁药,阿米替林及其代谢产物对水生生物和人体健康产生危害。阿米替林作为一种新兴污染物,其去除方法的研究受到广泛关注。研究采用水热法制备石墨烯量子点/二氧化钛(GQDs/TiO_(2))复合催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面测试(BET)表征了复合物的结构和形貌。催化剂可见光催化降解阿米替林性能表明,当GQDs的负载量为4%,溶液pH为11,催化剂投加量为0.08 g,阿米替林的初始浓度为5μmol/L时,GQDs/TiO_(2)对阿米替林的降解性能达到最优,为93.1%。GQDs的引入促进了光生电子空穴对的有效分离和转移,超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))是光催化过程中最主要的活性物种,其次是电子(e^(-))和羟基自由基(·OH)。

GPTMS/TiO_(2)复合催化剂对AB1的降解机理分析

染料生产过程中产生的印染废液对环境或人体的危害较大,酸性黑1(AB1)是其中主要的有害物质之一。为了提高印染废液中AB1的处理效率,本研究提出了一种新型复合材料,作为印染废液中AB1的降解催化剂。该催化剂以TPNC与纳米TiO_(2)为主体,以CPTMS为链接剂。结果显示,TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中的AB1质量分数仍有63.8%,以质量分数0.004%TNPC-GPTMS/TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中AB1已被完成降解,溶液完成脱色。本研究提出的新型催化材料可以有效提高印染废液中的AB1处理速度。

Fe^3＋掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2),利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征.以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能.结果表明,用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12nm);Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中,部分取代Ti4+的晶格位置,既拓宽了TiO2的光谱响应范围,又形成了TiO2晶体结构的缺陷,使其表面带负电荷.在太阳光条件下,该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果,且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能;当Fe3+掺杂量为0.15%(w),在500℃焙烧2h所得中空纤维材料的催化性能最好,2h即可使MB溶液的脱色降解率达93%;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.因此,以该模板合成法,通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.

V2O5-WO3/TiO2烟气脱硝催化剂的载体选择

在选择性催化还原试验台上对4种不同TiO2为载体制备的催化剂的脱硝性能进行测试,采用BET、X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、扫描电镜-能谱分析、X射线荧光分析和热重分析等技术进行微观表征,并与商业催化剂进行对比。以硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2适合作为选择性催化还原催化剂载体,制备的催化剂脱硝效率高,温度窗口宽,选择性好,其中硫酸盐质量分数为8%～10%时最为有利;以氯化法制备纳米TiO2过程中,生成了V3Ti6O17的聚合物导致NO脱除率较低,因此不适合作为催化剂载体。以工业级TiO2为载体制备的催化剂氨氮比为1.0时,在355～420℃的温度范围内NO脱除率为80%～85%,但由于成本很低,因此可以用于脱硝要求不高的场合。由钛酸丁酯溶胶法制备TiO2为载体制备的SCR催化剂性能不及硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2制备的催化剂,且操作复杂,技术难度大,不适宜推广。

温湿度和光强对水泥基材料负载纳米TiO2光催化氧化氮氧化物的影响

研究了路面水泥基材料负载纳米TiO2 光催化氧化汽车尾气中氮氧化物过程中湿度、温度和光强对催化反应的影响.试验和分析结果表明,光催化氧化效率随湿度增加而急剧下降;当NO2 浓度较低时,光辐照强度对光催化氧化效率的影响不显著;NO2 浓度较高时,随着光辐照强度的增强,光催化氧化效率呈现出上升趋势,在太阳光的照射下或在室内较弱紫外光照射下都具有良好的光催化氧化作用.在0～2 5℃的温度范围内,光催化氧化效率随温度升高而提高,而在2

稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性影响的理论和实验研究

从理论和实验两方面探讨稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性的影响.理论上采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对稀土掺杂TiO2前后的几何结构、能带结构、态密度及电子结构进行了系统的研究.结果表明,Y,La,Gd,Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺杂有助于TiO2光催化活性的提高;而对于Pr,Nd,Pm,Sm,Dy,Ho,Er和Tm掺杂,由于在价带顶和导带底之间形成了较多的可能成为光生电子和空穴的复合中心的杂质能级,故此类稀土的掺杂浓度需要控制在较小的范围内.另一方面,采用溶胶-凝胶法制备了9种稀土金属(RE=Y,Ce,Pr,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)掺杂的TiO2粉体,运用X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱法(UV-Vis)分别表征其晶体结构和光学吸收性质.结果表明,掺杂前后的TiO2均为锐钛矿相,且Ho,Pr,Ce,Sm,Y,Yb和Gd掺杂使TiO2在可见光区的吸收有不同程度的提高.理论预测与实验结果基本一致,且理论研究结果与周期表中稀土元素外层电子轨道排布规律一致,从而揭示了稀土元素掺杂的本质规律,指明了适量的稀土掺杂有利于TiO2光催化活性的提高.

Au掺杂方式对锐钛矿TiO2光催化性能的影响

结合超临界乙醇干燥技术,采用沉积-沉淀(DP)和共沉淀(CP)法分别制备了具有单一锐钛矿晶相的Au/TiO2和Au(0.2%,原子分数)-TiO2光催化剂,通过XRD、BET、TEM、XPS和Raman手段表征样品中Au的掺杂形态,以光催化降解甲基橙为模型反应考察了样品的光催化活性.结果表明,DP法制备的Au/TiO2在110℃干燥处理后,表面存在的Au3+能有效地促进锐钛矿TiO2光催化性能,其一级反应速率常数比纯锐钛矿TiO2提高了3.2倍,比商用光催化剂Degussa-P25提高了4.1倍,而当Au3+被还原为Au0后光催化活性下降.用CP法制备的Au-TiO2并没有较大地提高锐钛矿TiO2光催化性能,在焙烧温度达到800℃时,Au向表面迁移聚集,造成锐钛矿TiO2晶格氧空位和缺陷位增加,使光催化活性下降.

K2O对V2O5-WO3／TiO2催化剂的中毒作用

实验室制备了V2O5-WO3/TiO2的脱硝催化剂,采用模拟中毒法,在此催化剂上负载碱金属氧化物K2O,通过BET,XRD,SEM等方法对微观结构进行表征.在SCR活性试验台上研究不同含量K2O对催化剂脱硝活性,N2O生成率和SO2氧化率的影响.结果发现:K2O对于催化剂的毒性较强,随着添加量的增大,NO脱除率急剧下降,SO2的氧化率大大提高;较大含量的K2O(nK/nV=1,摩尔比)使催化剂比表面积有所减少,催化剂颗粒发生轻微团聚,微观结构变化不大,但NO的脱除率小于50%(380℃),N2O的生成率和SO2的氧化率均增加;K2O通过与V2O5的活性酸性位结合,使催化剂中有效活性位数量大为降低,导致脱硝活性下降.

高分散TiO2/SBA-15的制备及光催化性能

提出了一种制备高分散TiO2/SBA-15光催化剂的新方法.以钛酸四正丁酯(TB)和羧基改性的SBA-15(COOH/SBA-15)为原料,利用COOH/SBA-15表面上高分散的羧基与TB的配合作用将TB锚定,经过溶剂热及焙烧处理制得TiO2/SBA-15光催化剂.采用粉末X射线衍射(XRD),N2吸脱附,傅里叶变换红外光谱(FT-IR),透射电镜(TEM)等对所得催化剂进行了表征.结果表明:所得TiO2/SBA-15光催化剂为高结晶度的锐钛矿晶型,TiO2均匀地分散在SBA-15表面,TiO2/SBA-15光催化剂保持较好的介孔特征结构,具有较大比表面积.以降解罗丹明B(RhB)为探针反应,考察了所得TiO2/SBA-15光催化剂的光催化性能.与后处理浸渍法制备的光催化剂相比,本文制备的TiO2/SBA-15光催化剂表现出了更加优越的光催化性能.

纳米TiO2／聚乳酸复合材料的制备和表征

采用原位聚合的方法制备了有机化处理过的纳米TiO2粒子质量分数分别为1 wt%、3 wt%、5 wt%和10 wt%的4种纳米TiO2/聚乳酸复合材料。SEM结果表明,当纳米TiO2粒子质量分数较低时,纳米TiO2在聚乳酸基体中呈现均匀稳定分散,而质量分数较高时则发生团聚。通过力学和热学等性能测试发现复合材料的最大热分解温度、玻璃化转变温度和力学性能相对于聚乳酸有较大幅度提高,其中纳米TiO2的质量分数为3 wt%时改善效果最明显,其最大热分解温度、玻璃化转变温度分别比聚乳酸提高了25.3℃和4.9℃,拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量分别提高了83.6%、6.73%和129.4%。

粒径可控球形TiO2的制备

在正丙醇与水的混合溶剂体系中以Ti(SO4)2为前驱物制备得到了粒径分布窄,分散性好的球形TiO2.对表面活性剂种类及用量,反应物浓度及焙烧温度和时间等影响因素进行了研究,结果表明,在正丙醇与水的体积比为1∶1的条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,温度为70-90℃时可制得粒径分布窄、分散性好的高质量的球形TiO2颗粒.通过TG-DSC、SEM、XRD等分析表明,颗粒粒度大小及粒径分布受表面活性剂浓度和反应前驱物浓度影响大;物相间的转化主要由焙烧温度和时间来决定.并引入LaMer模型对颗粒形核、长大的过程进行理论说明.