反相微乳制备纳米二氧化钛及其性能研究

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本论文研究了纳米二氧化钛的制备、表征及其紫外吸收和光催化性能。采用反相微乳液制备纳米二氧化钛,并对纳米二氧化钛的晶型、微观形貌、颗粒尺寸及分布等进行了表征;研究了纳米二氧化钛在紫外-可见光区的吸收性能以及纳米二氧化钛作为光催化剂降解染料亚甲基蓝的催化活性,并与负载型TiO2光催化剂作比较,取得了比较好的结果。 我们选择由TX-100/正己醇/环己烷/水组成的反相微乳体系,首先用激光粒度和Zeta电位仪对反相微乳液的水核尺寸和分布进行了表征。测定结果表明,在水与表面活性剂摩尔比为6.1的反相微乳液中,微乳液滴(即水核)大小均匀,分布很窄,在5.5 nm~8.8 nm之间,平均水核直径为7.0 nm,非常适合作为“微型反应器”制备纳米粒子。改变微乳液中水与表面活性剂摩尔比以及反应物钛酸正丁酯的浓度,分别制备出W2、W3、W4、W5等纳米TiO2样品。实验结果显示,水与表面活性剂摩尔比(w)是影响纳米TiO2粒子尺寸的主要因素,而反应物钛酸正丁酯浓度对粒子尺寸也有影响。纳米TiO2平均晶粒粒径(D)随着水与表面活性剂摩尔比的增加而增大,两者间存在明确的线形关系,可以表示为:D=5.60+2.40w。反应物浓度对纳米TiO2粒子尺寸的影响较复杂,随着反应物浓度从0.120 molkg-1增加到0.246 molkg-1,纳米TiO2平均晶粒粒径先减小,然后增大,在反应物浓度为0.161 molkg-1时,得到的纳米TiO2平均晶粒粒径最小,为12.4 nm。用透射电子显微镜(TEM)观察W2、W3、W4、W5各样品,可以看到粒子基本呈球形,大小均匀,颗粒范围在10~30nm,分散性较好。对比上述样品的TEM照片发现,纳米TiO2粒子的团聚程度受反相微乳液中水与表面活性剂摩尔比(w)的影响,随着w的增加,纳米TiO2粒子的团聚程度明显加剧。此外,对纳米TiO2前驱体的差热热重分析显示,纳米TiO2样品的DTA曲线上均没有出现锐钛矿到金红石的相变峰,说明相变过程是渐进的。对纳米TiO2样品的红外分析结果则显示,TiO2的红外特征吸收峰发生明显的宽化和红移。 我们还研究了纳米TiO2的紫外-可见光吸收性能。实验结果显示,纳米TiO2悬浮液在紫外区(190 nm~400 nm)出现强的宽频吸收,特别是当其质量分数大于0.075%时,而其对可见光(400 nm~800 nm)的吸收比普通TiO2还略小一些。中文摘要换句话说,纳米TIO:对可见光有良好的透光率,对紫外光有强的宽频吸收能力,因此纳米TIO:可以用作日用化妆品中的高效紫外防晒剂。 本论文最后研究了纳米TIO:和分子筛MCM41负载TIO:作为光催化剂降解亚甲基蓝的光催化活性,并测定了光催化反应的表观反应速率常数k。结果显示,反相微乳液法制备的纳米TIO:具有较高的光催化活性,但负载型光催化剂MCM一TIOZ显示更好的光催化活性。
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