无机二氧化钛文档格式.docx

1、晶格常数/nmA b c禁带宽度/ev锐钛矿相3.84四方0.536*0.9533.2金红石4.260.4590.2963.0板钛矿4.17斜方0.915 0.5440.514 *其中锐钛矿和金红石的晶体结构中，Ti4+离子位于相邻的六个O32+。离子形成的八面体中，两者的差别主要在于八面体结构之间的结合方式不同，图1.1是两种结构的结构示意图。，钛矿在常温下较为稳定，高温时向金红石相转变，这属于不可逆转变。第二章 实验部分2.1纳米TiO2材料的制备2.1.1低温水热合成法1）准备两个干燥的250ml烧杯。在一个烧杯中加入100ml无水乙醇和10ml钛酸四丁脂，搅拌使其混合均匀。另取250m

2、l烧杯，加入100ml水，HNO3调节PH值=1，加热到70C，不断搅拌将两种溶液充分混合。可观察到钛酸四丁脂分解，产生白色凝胶，在70C干燥箱中静置0.5h。2）将沉淀离心分离。沉淀用去离子水充分洗涤后，置于干燥箱中干燥。干燥后的粉末收集于样品袋中，留作下面的实验。2.1.2 结果分析与讨论 水热合成法由于是在相对较高的温度下进行，通常可直接得到晶化产物。水热温度、水热反应时间和水醇比是影响产物TiO2结构的重要参数。采用水热合成法易造成局部浓度过高，颗粒大小、形状不均、分散性差，在干燥过程中TiO2易团聚，影响产品的使用效果和应用范围。2.2纳米TiO2材料的热力学性质的研究2.2.1热分

3、析方法物质在加热或冷却过程中可能发生诸如状态变化、晶型转变、异构化、水合物脱水、热分解、氧化还原反应等物理或化学变化。热分析就是通过测量物质的这些变化达到对物质的定性、定量表征。2.2.2实验步骤1）取少量自制TiO2粉置于特制的坩锅内，按照一定升温速度升温（10/min.），测定到TiO2粉的DTA曲线。 对热曲线结果进行分析，判断TiO2从无定形到锐钛矿相，从锐钛矿相到金红石相的相转变温度。2）根据热分析曲线的分析结果，确定TiO2的烧结温度。3）纳米TiO2的热处理在微波马弗炉中进行，程序升温控制升温速度，禁止从室温一步升至所需烧结温度。保温时间：0.5h。2.2.3结果与讨论 根据上图

4、中重量损失曲线，可知TiO2样品在加热过程中，有机杂质分解，导致样品质量不断减少，根据DTA对温度的曲线，在253C和460.1C处有峰，可知在253C是有机杂质分解出的峰，在460.1C矿是无定形TiO2开始转变为锐钛矿，金红石的转变温度在800C。所以本实验制备锐钛矿设置的温度是500度，制备板钛矿（即锐钛矿和金红石的混合）的温度是650度，在此温度锐钛矿没有完全转化为金红石，制备金红石设置的温度是800度。2.3纳米TiO2对水中Cu2+的吸附活性研究2.3.1 实验方法1）Cu2+标准溶液配制 准确量取10mL 125g/mLCu2+标准溶液，配置成50mL溶液。2）分别准确移取1，2

5、，4，6，8mLCu标准溶液入125mL分液漏斗中，加水至50mL，加入50mL NH3-NH4Cl缓冲溶液，摇匀。加入5mL铜试剂，摇匀，静置5min. 加入10mL CCl4振荡2min.，静置分层，用滤纸吸去下端管口水分，塞入脱脂棉，弃去前1-2mL，以CCl4为参比，在440nm波长测定溶液的吸光度值。3）纳米TiO2颗粒的预处理将制的纳米TiO2颗粒浸泡于5mol/LHNO3溶液中30min,然后用二次蒸馏水洗至中性，抽滤后于100C下烘干。4）在25ml比色管中加入25ug/ml的Cu2+溶液20ml，NH3调节PH值为9.0，定容至25ml。加入20.0mg纳米TiO2，搅拌10

6、min，静置10min后离心分离。移取上层清液（A）待测，沉积物充分洗涤后，准确移取1mol/LHNO330ml,超声15min，静置后离心分离，移取上层清液（B）。参比步骤（2）测定溶液A和B的吸光度，根据工作曲线，确定溶液A和B中Cu2+的浓度。2.3.2结果与讨论序号浓度ug/ml吸光度A吸光度A0.04112.360.0630.02224.720.0710.0339.170.0830.042413.510.0950.054517.70.1060.065实验前： A4.5 B14.5洗脱后A0.0660.025B0.0860.045洗脱后：A的浓度 （0.025-0.016）/0.002

7、=4.5ug/ml B的浓度 （0.045-0.016）/0.002=14.5ug/mlCu2+在纳米TiO2表面的吸附率：（20-4.5）/20*100% =74.55%纳米TiO2表面Cu2+的洗脱率： 14.5/（20-4.5）* 100%=98.03%纳米TiO2对Cu2+吸附可能的机理：二氧化钛的等电点是6.2，当PH值高于等电点时，氧化物表面被羟基覆盖而显负电。因此，带负电的纳米二氧化钛可以吸附带正电的阳离子。当PH值较小的酸性溶液洗脱时，较大浓度H离子把吸附在纳米二氧化钛表面的阳离子洗脱下来。 Ti-O+OH- OH-Ti-O OH-Ti-O + Mn+（L）x+1 OH-Ti-

8、O- Mn+（L）x+L2.4 TiO2纳米晶体（锐钛矿）对甲基橙的吸附2.4.1 实验方法1） 绘制甲基橙的工作曲线首先测定甲基橙溶液在200-800nm的紫外-可见吸收光谱，确定可见光区的最大吸收波长490nm。配制一系列0-15mg/L不同浓度的甲基橙标准溶液，测定其吸光度，绘制工作曲线。2） 纳米TiO2（锐钛矿）对甲基橙的吸附实验 量取100mL15mg/L的甲基橙溶液于100mL带塞子的锥形瓶中，称取TiO2晶体0.01g，加入锥形瓶中，磁力搅拌10min，使混合均匀。每隔20min，取上层清液，离心分离后测定其吸光度值，直至吸光度不再发生变化，达到吸附平衡。3） TiO2的吸附量

9、由Q=C*V/m计算，C是初始浓度与平衡浓度之差，V是溶液的体积，m是催化剂的质量。2.4.2结果与讨论 甲基橙标准曲线浓度C（mg/L）0.20260.43390.657120.877151.104 起始A020min A140min A260min A380min A4100min A51.0681.0280.9940.986吸光度随时间变化曲线称取：锐钛矿质量/g0.0101平衡浓度: C1=（0.986+0.019）/0.074=13.581mg/LQ=C*V/m=（15.00-13.581）/1000*0.1/0.0101=0.014即：1g锐钛矿能吸附0.014g甲基橙。2.5 T

10、iO2纳米晶体（金红石）对甲基橙的吸附（自主设计）2.5.1实验方法1）同上，绘制甲基橙标准曲线。2） 纳米TiO2（金红石）对甲基橙的吸附实验 量取100mL15mg/L的甲基橙溶液于100mL带塞子的锥形瓶中，称取TiO2晶体0.01g，加入锥形瓶中，磁力搅拌10min，使混合均匀。3） 计算吸附量 TiO2的吸附量由Q=C*V/m计算，C是初始浓度与平衡浓度之差，V是溶液的体积，m是催化剂的质量2.5.2 结果与讨论1.0781.0441.023质量g0.0108平衡浓度： C2=（1.023+0.019）/0.074=14.081mg/LQ=C*V/m=（15.00-14.081）/1

11、000*0.1/0.0101=0.0091g金红石能吸附0.009g甲基橙。锐钛矿和金红石都是纳米TiO2，具有很大的表面积和复杂的空隙结构，而吸附过程正是在这些孔隙中和表面上进行的，从而使其能够吸附杂质。象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。纳米TiO2孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的，这就是物理吸附。锐钛矿与金红石相比，金红石的晶格较小，致密度高，所以具有更大的稳定性和较高的密度，比表面积比锐钛矿小，所以吸附量比锐钛矿小。2.6 TiO2纳米晶体对甲基橙的光催化降解 2.6.1 实验方法 分别称取三种TiO2纳米晶体0.1g，超声分散于10

12、0ml甲基橙水溶液中，反应温度为室温，光源为高压汞灯，功率为100W,垂直照射在反应液上，光源与溶液的垂直距离为20cm。磁力搅拌器保证溶液浓度的均匀性。每隔20分钟取少量溶液，离心分离后，取清液用紫外可见分光光度计（TU-1900）测定其吸收光谱，扫描范围从400-700nm。根据最大吸收峰的吸光度值变化确定甲基橙的浓度变化。 以甲基橙降解率（A0-A）/A0（A0起始甲基橙的吸光度，A为t时刻甲基橙的吸光度）为纵坐标，时间为横坐标，比较三种TiO2纳米晶的光催化活性。2.6.2 结果与讨论 1）0.01g锐钛矿 1.0310.8910.8730.871甲基橙降解率：（A0-A）/A0=（1

13、.031-0.871）/1.031=0.9162）0.01g金红石0.2890.2870.285（A0-A）/A0=（1.031-0.285）/1.031=0.7243）0.08g锐钛矿+0.02g金红石混合两种0.0470.045（A0-A）/A0=（1.031-0.045）/1.031=0.956应用能带模型可以很好的解释TiO2的光催化机理。锐钛矿TiO2的能带宽度为3.2eV，在波长400nm的紫外光照射下，产生电子-空穴对： TiO2 TiO2（e-+h+）光生空穴（h+）即可直接与粒子表面吸附的有机分子（RX）反应，电子从有机分子转移给TiO2粒子： TiO2（h+）+RX TiO

14、2+RX+h+ 还可接受表面吸附的溶剂分子提供的电子，发生如下的氧化反应：TiO2（h+）+H2O TiO2+HO.+H+由于TiO2粒子表面吸附的H2O分子和OH-的浓度较高，所以第二种氧化过程在有机物的光催化降解过程中起了重要作用。同时表明，O2分子在TiO2的光催化过程中是一种必不可少的物质，它主要用来接受导带的光电子，产生超氧离子。超氧离子不稳定，发生歧化反应，生成过氧化氢。H2O2还可以接受TiO2导带的光生电子产生氢氧自由基（OH）：氢氧自由基可将吸附在TiO2颗粒表面的大多数的有既无氧化分解为CO2和H2O等无机物。 金红石由于对02的吸收能力较差，比表面积较小，所以导致光生电子

15、和空穴容易复合，光催化活性较锐钛矿的低，但研究发现具有高光催化活性的多数为锐钛矿与金红石的混合物，这是由于此时锐钛矿表面形成了金红石薄层，这种包覆型复合结构能有效地提高电子空穴对的分离效率，这种现象也被称之为“混晶效应”。第三章 总结与展望本实验采用低温水合法制备纳米TiO2，高温转化为锐钛矿和金红石，研究它们对金属离子、有机物的吸附，和光催化降解能力。TiO2作为新兴材料，无论是用来降解有机物污染物，还是用着吸附材料，都有着广泛的应用前景。作为本实验的拓展，研究纳米TiO2对 不用金属离子的吸附能力的比较，以及锐钛矿和金红石两种纳米TiO2混合催化降解能力可以再做实验，使自己对纳米TiO2有更深入的了解。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）