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本文在不同条件下通过水热制备了钛酸盐纳米棒材料,并考察了水热参数对钛酸盐晶型、形貌和光催化活性的影响,发现当KOH浓度为7 M,在180℃下水热72 h得到的钛酸盐(简写。KTO-1)具有最高的紫外光降解甲基橙和可见光(λ≥420 nm)降解罗丹明B的光催化活性。通过焙烧处理样品进一步改善了钛酸盐的晶型、形貌和光催化活性,确定了钛酸盐(KTO-1)的最佳紫外光催化活性的焙烧温度为500℃。
经过预先酸化处理,实现了在室温条件下将La3+交换进入钛酸盐层间,从而提高了钛酸盐的紫外光催化活性。同时确定了酸化处理和体系中的[La3+]/[H+]离子浓度比值是影响室温下离子交换能否进行的两个关键因素,酸化处理对离子交换反应是必要的,而强酸性环境对离子交换却是不利的。La3+离子交换将钛酸盐对甲基橙的紫外光催化降解率由原来的20％提高到50％,焙烧处理和La3+离子交换相结合将钛酸盐对甲基橙的紫外光催化降解率由原来的20％提高到75％。
以NH3作为介质,利用超声先进行离子交换再通过焙烧处理得到了La3+掺杂的改性材料,La3+掺杂使得钛酸盐对甲基橙的紫外光催化降解率由原来的20％提高到95％。La3+的掺杂阻碍了层状结构向锐钛矿的相转变,对晶粒生长也具有明显的抑制作用,超声介质NH3与H2O相比,NH3对相变也具有抑制作用。
采用酸性水热法制备得到纯锐钛矿相二氧化钛和稀土离子La3+掺杂的锐钛矿二氧化钛纳米材料,这两种类型纳米材料的最佳紫外光催化活性分别是P25的2.5和2.9倍。在120℃水热时La3+掺杂促进了层状结构向锐钛矿的转变,而180℃水热时La3+掺杂则抑制了层状结构向金红石的转变。120℃水热掺杂锐钛矿二氧化钛的最佳La3+掺杂量为0.048％,而180℃水热掺杂锐钛矿二氧化钛的最佳La3+掺杂量为0.19％。