溶胶-凝胶法制备TiO_2凝胶的影响因素及方法改进

研究了溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶的胶凝过程,以钛酸丁酯为前驱物,无水乙醇为溶剂,分析了反应物滴加速率、溶胶液pH值、反应底物配比、反应温度、无机酸以及螯合剂的种类对凝胶形成时间的影响,得出了适宜的凝胶制备条件,并对制备稳定均一TiO2凝胶的方法进行了分析和改进.

常压干燥制备TiO_2气凝胶及光催化降解含油污水性能研究

以钛酸四丁酯(TBT)为原料,利用溶胶–凝胶法、小孔干燥和老化液浸泡工艺在常压下制备出了完整、无开裂的TiO2气凝胶块体.研究了小孔干燥和老化液浸泡技术对常压制备TiO2气凝胶的影响,研究结果表明:小孔干燥能够降低TiO2醇凝胶干燥过程中所受的不均匀收缩应力,而TBT醇溶液和TEOS醇溶液浸泡处理,能够增强凝胶的骨架强度,有助于减轻凝胶在干燥过程中的收缩和开裂,制备出完整的高性能TiO2气凝胶块体.基于小孔干燥和TEOS乙醇溶液浸泡老化处理,制备得到的高性能完整TiO2气凝胶块体,其密度为0.184 g/cm3,比表面积达389.5 m2/g.用高温煅烧后的锐钛矿相TiO2气凝胶催化降解渤海原油污水模拟溶液,在TiO2气凝胶加入量为400 mg/L的情况下,90 min内对渤海原油污水的去除率最高可达91%.

块状TiO_2气凝胶的形成过程及其对品质的影响

研究了ＴｉＯ２气凝胶形成过程中制备条件和凝胶化过程对块状ＴｉＯ２气凝胶宏观性质的影响，结果表明所得气凝胶是由粒度约为４～６ｎｍ的ＴｉＯ２非晶态微粒连结而成的具有均匀网络结构的多孔性超轻量级块状材料，通过严格控制制备过程中凝胶化过程的条件及状态，可以获得不同密度不同品质的ＴｉＯ２气凝胶．

锐钛矿型TiO_2气凝胶的制备和光催化性能

采用乙醇超临界干燥直接制得锐钛矿型TiO_2气凝胶,研究乙醇超临界干燥和煅烧处理前后TiO_2晶体结构的变化,并分别研究HNO_3、C_2H_5OH和H_2O用量对凝胶时间和气凝胶催化性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射和N2吸附-脱附表征气凝胶。结果表明:乙醇超临界干燥即可制得锐钛矿型TiO_2气凝胶,晶粒平均粒径约为10 nm,禁带宽度为3.06 eV,存在明显孔道结构,HNO_3用量4 m L、n(H_2O)/n(Ti(OC_4H_9)_4)=4、n(C_2H_5OH)/n(Ti(OC_4H_9)_4)=15时,凝胶时间50 min,气凝胶的比表面积、孔容和平均孔径分别为201.88 m^2/g、0.42 cm^3/g和19.11 nm,对甲基橙的催化降解速率常数约为1.38 h^(-1),高于商业TiO_2(P25)的催化降解速率常数(1.14 h^(-1))。

老化介质对常压干燥制备TiO_2气凝胶性能的影响

采用不同的老化介质(乙醇、异丙醇、叔丁醇),以钛酸丁酯为原料,利用溶胶-凝胶法,在常压干燥下制备出块体TiO2气凝胶。通过SEM、BET和XRD分析可知,以乙醇为老化介质制备的TiO2气凝胶具有最佳结构与性能。其制备态表观密度为0.16 g.cm-3,比表面积为554.6 m2.g-1,平均孔径为19.37 nm,孔容为0.71 cm3.g-1。经850℃处理2 h后,比表面积为179.8 m2.g-1,平均孔径为20.97 nm。该样品制备态为无定形态,经850℃处理2 h后转变为锐钛矿。光催化实验表明:以乙醇为老化介质制备的TiO2气凝胶具有较好的光催化性能。

TiO_2/SiO_2气凝胶对吡啶的光催化降解

用非超临界干燥工艺制备出TiO2/SiO2气凝胶,其钛与硅摩尔比为1∶3,500℃焙烧后的比表面积高达28326m2/g,孔分布集中在2～30nm。光催化实验结果表明,无论弱酸性、中性还是弱碱性条件下,气凝胶对吡啶的降解效果都远远优于TiO2粉末。弱碱性条件下(pH=9)TiO2/SiO2气凝胶的光催化活性最高,65h时吡啶的降解率已达97%,此时TiO2粉末对吡啶的降解率仅为70%。

TiO_2气凝胶光催化剂的制备和表征

通过加入甲酰胺,用溶胶-凝胶法制备了强度较好的块状TiO2气凝胶,并考察了样品在200℃下真空热处理10h的相变情况,样品的表观密度为0.474g/cm3,凝胶时间为15~23min,比表面积为152m2/g,微孔的体积为0.0388cm3/g,微孔的面积为66.1746m2/g,样品的最可几半径是5.7140nm,平均孔径为7.1843nm,样品的绝大多数孔属于介孔,孔体积为0.341cm3/g。分析了甲酰胺对TiO2气凝胶品质的影响情况,甲酰胺使TiO2气凝胶的密度有所降低,强度和比表面积都得到提高,凝胶时间变长。

热处理温度对TiO2气凝胶光催化剂的催化性能的影响

以钛酸丁酯、无水乙醇为原料，通过溶胶-凝胶法在常压干燥下制备了TiO2气凝胶光催化剂。用XRD、SEM、BET和TGA等手段研究了不同热处理温度对其结构的影响。结果表明，TiO2气凝胶晶型由锐钛矿相向金红石相的转变温度在400～500℃之间，700℃时全部以金红石相存在。随着温度升高，TiO2晶粒的尺寸略有变大，样品的比表面积减小，平均孔径先增大后减小。TiO2气凝胶颗粒大小为0．2mm左右，尺寸较大，便于再回收利用。甲基橙溶液降解实验结果表明，随着温度升高，TiO2气凝胶的催化性能降低，400℃热处理的TiO2气凝胶在紫外光照120min时对20mg／L的甲基橙溶液的降解率达到92．9％。

纳米TiO_2与活性炭纤维复合材料降低室内污染物(Ⅰ)——纳米TiO_2气凝胶的制备

为了获得具有网络结构和纳米级粒子的TiO2光催化材料，使之负载到活性炭纤维（ACF）上，并在紫外光的作用下，达到有效降低室内空气中污染物的目的，以钛酸丁酯（Ti（OC4H9）4为原料，乙酸和乙酰丙酮为水解催化剂，利用Sol-Gel方法制备凝胶，并利用超临界流体干燥手段制备TiO2气凝胶。溶胶-凝胶反应溶液的配比为Ti（OR）4：EtOH：H2O：AcOR：ACACH=20：40：5：0.2：2（体积比，mL），可在120min左右得到醇凝胶。将醇凝胶置于-21℃条件下陈化1-3d，然后在12h内自然升温至室温，24h内置于超临界流体中进行干燥，可以得到具有纳米结构的TiO2气凝胶。该气凝胶可用于制备ACF／TiO2复合材料。

Si含量对TiO_2/SiO_2复合气凝胶结构及光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si含量的TiO2/SiO2复合气凝胶.利用XRD、FTIR、XPS和BET等手段表征了复合气凝胶组织结构,以甲基橙溶液光催化降解实验评价其光催化活性,研究了Si含量对TiO2/SiO2复合气凝胶的结构及光催化性能影响规律.结果表明:TiO2/SiO2复合气凝胶中Ti-O-Ti、Si-O-Si和Ti-O-Si键相互交织,使复合气凝胶具有小晶粒尺寸、高比表面积和高热稳定性.随着Si含量增大,TiO2/SiO2复合气凝胶中TiO2晶粒尺寸减小,TiO2结晶度降低,比表面积增大,平均孔径减小,且TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的光催化降解活性呈现先升后降的变化趋势.适当Si含量能显著改善TiO2/SiO2复合气凝胶的结构和光催化性能,Si含量最佳值在9wt%附近.

甲酰胺对TiO_2气凝胶微观结构的影响

以钛酸丁酯为钛源,甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA),采用溶胶-凝胶法及溶剂置换等后续工艺,结合常压干燥法制备块状TiO2气凝胶,并研究甲酰胺对气凝胶微观结构的影响。采用BET,SEM,XRD及FT-IR等检测方法对样品结构性能进行表征。研究结果表明:采用甲酰胺作为干燥控制化学添加剂制备TiO2气凝胶,可缩短凝胶时间,减小表观密度,提高比表面积,防止凝胶开裂;当甲酰胺与钛酸丁酯的物质的量比为0.8时,制备的块体TiO2气凝胶微观结构最佳,该样品表观密度为0.18 g/cm3,比表面积为579.6 m2/g,平均孔径为19.4 nm,经850℃高温处理后表现出较好的热稳定性及光催化性能。

耐高温核/壳结构TiO_2/SiO_2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源,采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法,在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO_2凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO_2/SiO_2复合气凝胶.制备的复合气凝胶具有优异的机械性能,其杨氏模量可达4.5MPa.复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性.经过1000°C热处理后,线性收缩由纯TiO_2气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%,且比表面积由纯TiO_2气凝胶的31m2·g^(-1)提升至复合气凝胶的143 m2·g^(-1).此外,该复合气凝胶经1000°C热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能.其优异的光催化性能得益于TiO_2/SiO_2复合气凝胶1000°C处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸.优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO_2/SiO_2复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.

不同制备方法对TiO_2-SiO_2复合气凝胶结构的影响

分别以物理法和化学法制备TiO2-SiO2复合气凝胶。采用XRD、SEM、TEM等对两种方法制得的气凝胶进行结构分析,并结合DSC-TG对样品进行热稳定性分析。结果表明:虽然两种方法制备的气凝胶微观上都是以TiO2晶体分散在SiO2网络结构中,但化学法制得的样品晶体结构单一,而物理法制得的样品以锐钛矿和金红石两种结构存在。化学法制备的TiO2颗粒小且分散更均匀,化学法获得的气凝胶高温热稳定性也更好。

TiO_2·nH_2O凝胶预处理对水热合成SrTiO_3粉的影响

以TiCl4 为钛源 ,首先制备TiO2 ·nH2 O凝胶 ,然后在 80℃的水热条件下制备了SrTiO3粉。利用X射线衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )和红外光谱 (FTIR)研究了TiO2 ·nH2 O凝胶水洗方式、阴离子 (Cl- 和NO3- )以及TiO2 ·nH2 O热处理对SrTiO3粉性能的影响。结果表明 ,水洗和热处理都能使TiO2 ·nH2 O凝胶产生晶化 ;TiO2 ·nH2 O的晶化程度对产物SrTiO3颗粒的粒度和粒度分布有很大影响 ,以非晶质TiO2·nH2 O为钛源制备的SrTiO3颗粒粒度大且粒度分布宽。以结晶TiO2 ·nH2 O为钛源制备的SrTiO3颗粒粒度小且粒度分布窄 ,而且可以得到纳米颗粒。水热反应液相中存在Cl- 或NO3- 能使产物SrTiO3颗粒粒度稍有增大。综合以上结果 ,TiO2 ·nH2 O凝胶水洗对产物颗粒的影响主要是由于使凝胶产生了晶化 ,而由阴离子脱除产生的影响很小。因此 ,在不考虑阴离子对其它工程化影响 (如设备腐蚀等 )的前提下 。

以稻壳常压制备TiO_2/SiO_2复合气凝胶的结构及传热性能研究

以稻壳为原料制备硅酸钠溶液,经过阳离子交换树脂得到硅酸溶液,将纳米TiO_2与硅酸溶液混合,并以稀氨水调节其pH值,经过老化,溶剂置换,改性等工艺,最终经常压干燥制得TiO_2/SiO_2复合气凝胶。研究了TiO_2掺杂量对复合气凝胶的性能影响。结果显示,当TiO_2掺杂量为7wt%,pH值为5.5时,得到气凝胶块体,比表面积高达734.82 m2/g,密度为0.1394 g/cm^3,在波长2~8 um范围内,红外透过率明显下降。

不同体积掺量的TiO_2-SiO_2气凝胶对复合砂浆光催化性能的研究

具有锐钛矿相的Ti O_2-Si O_2气凝胶具有优异的光催化性能,试验将其与传统建筑材料复合,研究不同体积掺量的Ti O_2-Si O_2气凝胶对复合砂浆的密度、强度、导热性能及其光催化性能的影响规律。试验室自制的Ti O2-Si O2气凝胶取代骨料中的砂,取代率分别取0、40%、50%、60%、70%。结果表明:随着Ti O2-Si O_2气凝胶体积掺量的增加,砂浆的密度、抗压强度、抗折强度、导热系数均呈下降趋势,较未掺Ti O_2-Si O_2气凝胶的砂浆分别降低了56%、75%、59%、41%。而复合砂浆对甲基橙溶液的降解率随气凝胶体积掺量的增加,呈先升后降的趋势,当气凝胶体积掺量为60%时,降解效率达到最大,约80.24%。

TiO_2/SiO_2复合气凝胶的制备与传热特性

针对SiO2气凝胶红外遮光性能差的问题,以纳米二氧化钛作为掺杂剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶工艺和非超临界干燥方法制备了不同TiO2掺杂量的纳米孔改性SiO2气凝胶复合材料,研究了pH值和乙醇含量对凝胶时间的影响,并采用SEM、TEM和BET方法分别对凝胶的表面形貌和孔结构进行了分析表征.结果表明,当pH为6时,乙醇/TEOS为8:1(摩尔比)时,可得到掺杂均匀、完整的TiO2/SiO2凝胶;热处理后的复合气凝胶具有网状纳米孔结构;当掺杂量小于5%时,干凝胶平均孔径为20～50 nm,比表面积均大于1 000 m2/g.通过红外透过率及消光性能比较,TiO2掺杂SiO2干凝胶复合材料的红外光屏蔽功能较纯SiO2气凝胶提高了50%.

常压制备TiO_2-SiO_2复合气凝胶的光催化性能正交分析

选择4因素3水平的L9(34)正交试验,以水玻璃和四氯化钛为原料,采用溶胶-凝胶法和常压环境干燥制备了TiO_2-SiO_2复合气凝胶,甲基橙溶液模拟染料废水,在紫外光下分析正交实验因素对甲基橙的降解影响,并对TiO_2-SiO_2复合气凝胶的形貌、表面基团、疏水性进行了表征。实验结果表明,影响降解率的主要因素为烧结温度,其次是烧结时间,硅含量和硅钛比的影响相对较小。并得到最佳制备工艺条件:硅质量分数为10%、硅钛物质的量比为1 5、经500℃热处理2 h后形成的复合气凝胶催化降解效果最优,270 min降解率达到99. 72%。

水对常压干燥制备块状TiO_2气凝胶显微结构的影响

以钛酸丁酯(TTIP)为前驱体、乙酸为催化剂、甲酰胺为干燥控制化学添加剂,通过控制原料中TTIP与H2O的摩尔比以及老化液中H2O与乙醇(EtOH)的摩尔比,并结合常压干燥工艺,制备块状TiO2气凝胶。采用XRD、BET、SEM和FT-IR等对样品进行表征。结果表明,当原料中TTIP与H2O的摩尔比为1:4、老化液中H2O与EtOH的摩尔比为5:2时,TiO2气凝胶具有最小表观密度(0.15 g/cm3)、最大比表面积(573.4 m2/g)、孔径分布集中、块体体积约为16.0 cm3。

TiO2-SiO2复合气凝胶制备及其砂浆性能研究

以正硅酸乙酯和异丙醇钛为原料,采用溶胶-凝胶法结合水热合成制备TiO2-SiO2气凝胶颗粒,利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外可见光光谱(UV-vis)和拉曼光谱(Raman)对其形貌和结构进行表征。用等体积替换法取代砂浆中的砂制备TiO2-SiO2气凝胶砂浆,研究TiO2-SiO2气凝胶颗粒的取代率分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%时,对砂浆密度、力学性能以及光催化性能的影响,并通过添加纤维来研究砂浆力学性能。结果表明:复合气凝胶中有大量的Ti-O-Si键存在;当气凝胶掺量为60%时,密度由2 117 kg/m3降低到1 199 kg/m3,28 d的抗压、抗折强度分别降至9.6、0.9 MPa,光降解甲基橙效率达78.6%;当纤维掺量为总体积的0.1%时,纤维增强气凝胶砂浆28 d的抗压、抗折强度分别较普通气凝胶砂浆提高了18.3%、11.9%。