水热法制备TiO2复合材料开题报告

全文总字数：2052字

1. 研究目的与意义

当今社会，化石燃料是人类生产、生活的主要能源，然而，随着全球能量使用的不断增长，化石燃料等不可再生资源将日趋枯竭。

与此同时，人们对环境保护的意识越来越强烈，对经济可持续发展的追求也不断深入，因此，人们开始将目光聚焦在一些天然可再生的生物质资源上，以它们为原料，制备更加安全和绿色环保的生物质基材料，力求取代化石燃料。

2. 国内外研究现状分析

关于光催化剂的应用，国内外有很多研究。已有多种光催化剂剂能用于有机污染物的降解研究，例如TiO2、ZnO、SnO2材料等。其中研究较为成熟的是TiO2复合材料，既研制出了多种复合材料，也对其光催化降解性能有了一定了解。西南林业大学研究组通过水解法制备了钛改性蒙脱土复合材料,并利用X射线衍射、红外光谱和TEM对所合成的样品进行了表征[7]。结果表明400℃制备的TiO2/MMT,钛成功掺杂在蒙脱土中,TiO2为锐钛矿相,TiO2在其蒙脱土上的粒径为7.6 nm,具有较好的分散性。以苯酚为目标污染物,考察了制备时的pH值、TiO2负载量、复合材料焙烧温度的选择等对苯酚降解性能的影响。结果表明,在苯酚的初始浓度为10 mg/L,苯酚溶液的pH为6,紫外光照射150 min后,400℃焙烧 4 h制备的40% TiO2/MMT催化剂对苯酚降解率为39%,优于蒙脱土原土催化剂。厦门大学化学系固体表面物理化学国家重点实验室采用电化学阳极氧化法在钛基体上制得了高度致密的、有序的、均匀的TiO2纳米管阵列[8]。用SEM、XRD等对其表面形貌和结构晶型进行了表征和分析。以TiO2纳米管阵列为光催化剂对废水中典型的有机污染物――苯酚进行了光催化降解,考察了影响光催化降解速率的因素。结果表明,在紫外光照下,苯酚水溶液的pH=3、苯酚浓度=10.0 mg/L时,具有锐钛矿相结构的TiO2纳米管阵列的光催化效果最好,相同条件下与溶胶凝胶法制备的纳米TiO2颗粒膜的光催化降解速率进行对比,前者比后者提高了近一倍。

3. 研究的基本内容与计划

纤维素是自然界中分布最广，储量最大的天然高分子。每年植物通过光合作用可以产生数千亿吨的纤维素，因此，纤维素以一种取之不尽用之不竭的可再生资源。在植物界中纤维素大约占到碳元素含量的50％以上，从树木、棉麻、草类、麦秆、甘庶渣以及一些细菌、藻类中可以分离得到大量的纤维素此外，天然纤维不仅来源丰富，和合成的高分子相比，它还具有无毒、无污染、生物相容性好、可降解、可再生以及易于改性等优势，因此在服装、燃料、包装、医疗用品等方面都具有较广泛的应用。以纤维素为模板，通过一系列的方法将客体材料负载在纤维素的天然结构上，随后除去模板，得到的材料可以实现纤维素结构形貌的完美转录。此外，通过对纤维素进行表面功能化修饰，以及与无机功能化纳米材料的杂化，可以赋予纤维素更多的性能，使其应用于更多的领域。

二氧化钛是一种非常重要的金属氧化物纳米材料，在光催化、太阳能电池、抗菌以及锂离子电池等领域都具有很高的研究和应用价值。

纳米tio2 是一种新型无机功能材料 ,具有比表面积大、表面活性高、光吸收性能好等独特的性能,已广泛应用于精细陶瓷原料、催化剂、传感器、半导体、高档汽车面漆和化妆品等领域 ;同时 ,纳米tio2 具有合适的禁带宽度 ,较大的表面积 ,较强的氧化还原性及无毒、成本低等优点 ,被广泛用作光催化反应的催化剂。因此纳米tio2 近年来已成为超细无机粉体合成的一个研究热点。tio2 可分为板钛矿相、锐钛矿相和金红石相。板钛矿相tio2 因为不稳定而没有得到广泛的应用。作为光催化剂使用时 ,锐钛矿相tio2 具有更高的催化效率。另一方面 ,金红石相结构比较稳定 ,具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。目前 ,制备纳米tio2 的方法有溶胶凝胶法、均匀沉淀法、微乳法和水热法等十多种。其中水热法以其环境友好、低温 ,产物纯度高、分散性好、均匀、粒度分布窄、无团聚、晶型好、形状可控、易工业化等优点而成为制备纳米二氧化钛最具前途的方法之一。本实验采用水热法制备了tio2 纳米粉 ,并且发现采用不同的钛源 ,不同的加料方式 ,可分别得到锐钛矿相、金红石相及混晶相纳米tio2 。

4. 研究创新点

通过生物模板，如天然纤维导向制备的二氧化钛纳米材料不仅可以精确的复制纤维素的独特结构，还可以把纤维素天生所固有的优良性质，比如很大的比表面积引入到二氧化钛材料中去。