黑色TiO2纳米材料的改性策略研究进展

与传统TiO2相比,黑色TiO2具有独特的结构和性能,表现出更强的光催化活性,并已广泛应用于环境和能源领域,涉及有机污染物的光降解、光电水解制氢、锂电池、燃料电池、超级电容器等。为进一步提高黑色TiO2催化剂光催化性能,研究人员对黑色TiO2进行了改性研究。本文概述了黑色TiO2性能特征;对黑色TiO2的改性手段进行归类,包括形貌设计、结构调控、材料复合、晶相与晶面调控和贵金属沉积。系统阐述了不同改性方法对黑色TiO2光催化性能的影,最后对黑色TiO2的改性策略进行了总结与展望。

改性累托石负载Zn-TiO_2复合催化剂的制备及其光催化性能的研究

以碳酸钠对累托石进行改性,并以改性后的累托石为载体,通过溶胶-凝胶法合成改性累托石负载Zn-TiO_2的复合催化剂。采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外变换光谱(FTIR)仪、比表面积和孔隙分析仪对催化剂进行表征,研究煅烧温度和Zn掺杂量对催化活性的影响。通过氧化基团捕获实验和复合催化剂重复使用实验,研究了复合催化剂催化氧化酸性大红3R的催化机制和稳定性。结果表明,合成的最优复合催化剂煅烧温度为500℃,Zn掺杂量为0.8%(质量分数),在光照时间为90min时对酸性大红3R的降解率达到100%左右。重复使用3次后,酸性大红3R的降解率下降到78.23%。负载Zn-TiO_2后改性累托石的层状结构变为了片状结构。采用改性累托石作为载体时,其煅烧温度不宜超过700℃。酸性大红3R的降解是以羟基自由基氧化为主,超氧自由基氧化和抑制光生电子-空穴的重新复合为辅的共存氧化机制。

抗紫外纳米ZnO/TiO_2粉体的氧化铝表面改性

用液相沉积法对纳米ZnO/TiO2进行了表面改性。用TEM、XRD和FTIR对产物进行了结构表征,用静态沉淀法分析了改性前后纳米ZnO/TiO2的分散稳定性,用紫外-可见分光光度计对其紫外屏蔽性能进行了检测。结果表明,改性纳米ZnO/TiO2表面存在致密的氧化铝膜,产物经充分分散后在有机介质中或水中的稳定时间分别由改性前的2 m in和5 m in提高到2 h和1 d,紫外线透过率由改性前的大于8.5%降低到小于7%。

Zn掺杂改性TiO_2的制备及其光催化性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Zn掺杂改性TiO_2催化剂。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制备的光催化剂进行表征,考察了该催化剂对亚甲基蓝废水的光催化降解性能。结果表明,Zn成功掺入TiO_2中,Zn掺杂改性TiO_2和纯TiO_2均属于锐钛矿TiO_2晶型。在催化剂投入量为1.5g/L、亚甲基蓝质量浓度为10mg/L、降解时间为0～2h条件下,Zn掺杂改性TiO_2催化剂对亚甲基蓝溶液的降解率超过60%,明显高于纯TiO_2的降解率。

纳米TiO2协同纳米ZnO/SBS复合改性沥青耐紫外光老化性能评价

高海拔地区强烈紫外光辐照易使沥青路面老化,特殊环境因素要求沥青路面中黏结料须具有良好耐老化性,纳米材料以其独特优点已成为改性沥青研究的重要方向,而纳米材料在沥青中易发生团聚是制约该发展的重要瓶颈。以纳米ZnO、纳米TiO2、聚合物SBS为改性剂,运用硅烷偶联剂(KH-560)对纳米材料表面进行修饰,在此基础上研究基质沥青、SBS改性沥青、纳米ZnO/SBS改性沥青、纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青紫外光老化前后物理性能演变规律,利用场发射扫描电镜结合能谱分析(SEM/EDS)研究老化前后纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青中Zn、Ti特征元素含量变化及纳米材料分布形态,揭示耐光老化机理。结果显示:经过修饰后的纳米材料在沥青中分散均匀,纳米材料和沥青相容性得到明显改善,在制备过程中两者发生化学反应;紫外光老化后,纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青延度保留率为87.72%,软化点增量降幅61.32%,耐老化性能最佳,其老化机理是纳米TiO2对波长为365 nm紫外光波具有良好吸收作用,而纳米ZnO在该波长辐照下易发生光分解,活性降低。

Zn^(2+)改性TiO_2对苯酚废水的光催化降解研究

采用溶胶-凝胶-浸渍法对二氧化钛进行Zn2+改性,并以苯酚废水为降解模型反应物,研究了Zn2+改性TiO2的光催化活性。结果表明,Zn2+改性能够提高二氧化钛的光催化活性,当Zn2+掺杂量为2.0%(质量百分比),煅烧温度为600℃,催化活性最好,当催化剂的投加量为3.0 g/L,通气量为600 mL/m in,pH值为3.3时,对苯酚废水溶液紫外灯光催化30 m in的降解率可达到98.2%。

纳米TiO_2与ZnO纳米棒协同改性PVC性能

将水热合成的ZnO纳米棒与经KH–570改性过的TiO_2纳米球以不同比例添加到聚氯乙烯(PVC)基体当中,研究二者协同改性PVC材料的性能。通过扫描电镜和X射线衍射可以看出ZnO纳米棒为棒状形貌,长径比约9～13,六方晶型纤锌矿结构且结晶性良好。通过拉伸测试、动态热机械性能测试、紫外–可见吸收光谱测试及热重测试对PVC复合材料的性能进行表征,结果表明:随着混合纳米粒子中ZnO比例的增加,PVC复合材料的力学性能、紫外屏蔽性能、热稳定性能呈现先增加后降低的趋势。综合来看,PVC材料各项性能最佳时纳米粒子比例为1∶4。这种变化主要是基体中纳米粒子分散状态和纳米粒子特有性质决定的。进一步通过扫描电镜看出ZnO纳米棒与TiO_2纳米球在PVC中通过互相间隔的方式均匀分散在PVC基体当中,这有利于促进纳米粒子与基体的界面相互作用,形成立体交联网络来提高材料性能,而TiO_2纳米球与ZnO纳米棒这种分布有利于充分发挥粒子的紫外吸收和散射性能,进而提高复合材料的紫外屏蔽性能。

Zn^(2+)/ZnO掺杂TiO_2光催化膜的制备及超亲水改性

为了提高TiO2光催化薄膜的利用效率,实验分别采用金属离子Zn2+和其氧化物ZnO掺杂TiO2的方法,制备以TiO2为基体的复合光催化薄膜。利用简单易行的溶胶凝胶法,一种是将Zn2+、ZnO掺杂于TiO2溶胶中,分别制备金属、半导体氧化物掺杂的混合溶胶,采用浸渍提拉的方法以玻璃片为载体涂膜,然后用马弗炉进行热处理制得样品。另一种是利用S iO2对2种掺杂的复合TiO2薄膜进行表面处理改性后,热处理得样品。将所得样品进行接触角、紫外-可见分光光度计、红外、AFM测试,对其性能进行表征。结果表明:Zn2+的掺杂量为0.1 g时,测试结果比较理想;经过S iO2表面处理过的Zn2+/TiO2复合光催化膜的超亲水性最好,水滴刚滴上,静态接触角几乎为0;°ZnO/TiO2复合光催化膜的吸光性能最高,但透过率较低,透明性比较差。

活性碳负载Fe^(3+)\Zn^(2+)掺杂改性纳米TiO_2的制备及光降解性能研究

文章利用溶胶-凝胶法制备出活性碳负载Fe3+\Zn2+掺杂改性纳米TiO2,考察了煅烧温度对催化剂在人造光源下降解甲基橙性能的影响;结果表明在500℃时热处理的样品有较好的降解效果,并且经过活性碳负载的Fe3+\Zn2+掺杂改性纳米TiO2的光催化性能,明显好于未经负载的掺杂改性纳米TiO2粉体。

Zn^(2+)掺杂TiO_2纳米粉体的结构特性及光催化活性

利用酸催化的Sol-gel法制备纯的和不同掺杂量的Zn2+掺杂TiO2纳米粉体,并用XRD、BET、XPS、SPS等技术对样品进行表征.考察Zn2+掺杂量和焙烧温度对样品的光催化降解亚甲基蓝活性、相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响,并结合表面光电性质和表面组成等探讨Zn2+掺杂对纳米TiO2光催化活性的影响机制.结果表明:适量掺杂Zn2+可以提高纳米TiO2的光催化活性;当Zn2+掺杂量为0.75%,焙烧温度为500℃时,制备的Zn2+掺杂TiO2纳米粉体的光催化活性最佳.Zn2+掺杂TiO2纳米粉体的光催化活性的提高应归功于Zn2+掺杂促进了光生电子和空穴的分离,抑制相变和晶粒长大从而增强光生e-/h+的氧化还原能力,增加表面羟基,改善样品表面的吸光性能.

贵金属改性TiO_2光催化剂的机理及研究进展

利用贵金属改性TiO2光催化剂是提高TiO2光催化活性的主要方法之一,在离子掺杂改性TiO2研究中受到重点关注。综述了贵金属改性TiO2光催化剂的机理,总结了贵金属改性TiO2光催化剂的主要制备方法,分析了目前贵金属改性TiO2光催化剂研究中存在的问题,指出通过某些贵金属掺杂TiO2光催化剂能克服贵金属表面沉积改性方法的不足,并能有效改善TiO2光催化剂的光催化性能。

过渡金属离子掺杂改性TiO_2研究进展

综述了近年来国内外利用过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能和光响应范围、掺杂机理及掺杂模型;分析了制备方法、掺杂金属离子种类、浓度对TiO2光催化性能的影响;归纳总结了针对光催化研究目前的现状和存在的问题讨论了今后的研究方向。

KMnO_4改性活性炭对Zn^(2+)和Cd^(2+)的吸附研究

研究了KMnO4改性的颗粒活性炭对Zn2+和Cd2+的吸附去除性能.考察了pH、吸附时间、投加量对Zn2+和Cd2+吸附率的影响,并研究了吸附等温线.结果表明:KMnO4改性活性炭对Zn2+和Cd2+且有强的吸附去除能力,随着pH的增大吸附率增大,对Zn2+的吸附能力高于Cd2+;在25℃及pH=7.0的条件下,Cd2+的吸附比Zn2+进行得快,吸附平衡时间分别为60和120min,吸附行为符合Langmuir吸附模型;在25℃及pH=7.0时,对Zn2+和Cd2+饱和吸附量分别为10.80和4.56mg/g,分别是未改性颗粒活性炭的1.2和1.4倍,升高温度可显著提高Zn2+和Cd2+的吸附量.

用于合成纳米苯丙乳液的纳米TiO_2表面改性及表征(英文)

研究了利用硅烷偶联剂改性纳米TiO2的方法,并通过FTIR、TEM等手段表征化学改性产物的结构和改性后纳米二氧化钛的分散性,结果表明偶联剂与二氧化钛表面发生化学偶联反应,使二氧化钛表面被偶联剂包覆,从而使二氧化钛改性产物在有机物中具有良好的分散性能。通过TEM分析用改性后的纳米TiO2原位合成的纳米TiO2/苯丙乳液复合体系具有以纳米TiO2粒子为核,以聚合物为壳的核壳结构,该乳液涂膜的耐水性达120h不泛白,硬度为H级,明显优于非纳米苯丙乳液,且具有很好的抑菌作用,可用于制备纳米水性涂料。

有机改性TiO_2光催化剂的制备及可见光催化性能

以染料黄叱精(Chrysoidine G)和TiO2(Degussa P25)为原料,利用甲苯二异氰酸酯为桥连体,成功合成了一种有机改性的TiO2光催化剂.采用XRD,TEM,FT-IR,UV-Vis对所得催化剂进行了表征,以亚甲基蓝降解为探针反应,考察其可见光催化性能.结果表明:甲苯二异氰酸酯在黄叱精和TiO2之间形成了稳定的化学键,从而实现了对TiO2的表面有机改性;改性后的TiO2在可见光区(400～550nm)有明显的吸收;与未改性TiO2相比,有机改性的TiO2催化剂在可见光照射下表现出了很好的光催化性能.

碳黑改性TiO_2薄膜光催化剂的结构性质

通过碳黑掺杂制备了改性的TiO2 薄膜光催化剂 (CB TiO2 ) ,并采用液氮吸附、X射线衍射 (XRD)和紫外 可见光漫反射光谱 (DRS)对催化剂的比表面积、物相、晶粒度和最大激发波长等结构性质进行了表征 .结果表明 ,CB TiO2 的吸附性能大大改善 ,不同热处理温度下 ,BET比表面积增加 5 0 %～ 80 % ;同时碳黑掺杂能够减小催化剂的晶粒尺度 ,使相变温度降低 .相应的光催化降解试验也表明 ,碳黑改性TiO2 的活性大大提高 ,其一级反应速率常数为普通TiO2 的 1

纳米TiO_2包覆改性研究及其对PVC性能影响

利用硅烷偶联剂KH–570对纳米TiO2进行改性,探讨了改性工艺,通过正交试验得出改性的最佳工艺条件:分散液pH=7.5,偶联剂加入量为7 m L,超声时间40 min,沉降实验和粒度分析结果表明,改性纳米TiO2表面亲油性能显著提高,粒子间的团聚也得到改善。将改性及未改性纳米TiO2加入PVC基体中,制得PVC/纳米TiO2复合材料,并对其进行紫外屏蔽性能测试和拉力测试。结果表明,添加改性纳米TiO2的PVC复合材料紫外屏蔽性能和力学性能均显著高于添加未改性纳米TiO2的材料,且当改性纳米TiO2质量分数为3%时,PVC/改性纳米TiO2材料的紫外屏蔽性能和力学性能最佳。

改性TiO_2催化剂光催化氧化脱硫

采用溶胶-凝胶法制备过渡金属改性纳米TiO2催化剂并进行了表征,用于FCC汽油模型含硫化合物脱硫。考察了TiO2的用量、四丁基溴化铵的用量以及Fe、Ni、Cu、Zn掺杂量对脱硫效果的影响。结果表明,FCC汽油与甲酸体积比为1∶1、7.5%(mol)Ni-TiO2 20 mg、加入5 mg四丁基溴化铵、光照3 h条件下,脱硫率最高达到98.4%。

氟改性Co-Mo/TiO_2催化剂的加氢脱硫活性与反应动力学的研究

以脉冲微型反应器和色谱联用的方法，研究了以γ－Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２及Ｆ改性ＴｉＯ２为载体的Ｃｏ－Ｍｏ催化剂的加氢脱硫活性及反应动力学。结果表明，以ＴｉＯ２为载体的催化剂活性远高于以γ－Ａｌ２Ｏ３为载体的催化剂。从动力学角度看，这是由于其活化能明显低于后者的缘故；Ｆ对ＴｉＯ２载体改性后催化剂的加氢脱硫表观反应速率常数明显提高，使得催化剂的活性得到较大改善。

超分散剂对纳米TiO_2的表面改性研究

采用超分散剂对纳米TiO2粉体进行表面改性,可将超分散剂分子成功地包覆于TiO2表面,对TiO2表面进行非极性修饰,使其表面由极性亲水性变为非极性亲油性。由沉降性实验观测到超分散剂改性后的纳米TiO2粒子可在非极性溶液中稳定悬浮960h以上;透射电镜(TEM)观测到改性后的TiO2粒子在非极性溶剂中呈纳米级分散状态,团聚体的粒径基本控制在100nm以内;通过润湿性测试及红外分析观察到,颗粒表面由亲水性变为疏水性,纳米TiO2颗粒表面增加了-CH2-和C=O-O基团键的振动峰,因而可以判断纳米TiO2表面状态发生了改变,使TiO2与非极性材料具有较好亲和相容性。本实验也证明了TiO2表面亲油改性的可行性。