攀枝花学院本科毕业论文 绪论
1.5课题研究思路
影响TiO2光催化性能的因素主要有：晶体结构(包括晶型、晶相比、晶格缺陷、晶面等)；晶粒尺寸；比表面积；光源 (光强与光源发射的波长)；溶液的pH；催化剂的投加量；反应物的初始浓度、反应时间等。
本论文就以亚甲基蓝降解反应体系为多孔二氧化钛光催化剂性能评价体系，就以下几个因素展开实验和分析探讨：
(1).吸收波长； (2).MB的初始浓度； (3).pH值的影响； (4).催化剂的投加量； (5).反应时间； (6).晶体结构。
本创新实验在由工业钛液合成制备出多孔TiO2光催化剂的基础上，研究光催化反应条件，不同条件下所得多孔TiO2光催化剂的性能及催化剂的结构解析等来阐述和评价得多孔TiO2光催化剂降解亚甲基蓝的催化性能。
2实验部分
2.1实验药品与试验仪器
2.1.1实验药品
实验所需药品及材料如下：
表2.1 实验所用试剂表 名称 亚甲基蓝 NaOH HCl 规格 指示剂 分析纯 分子量 351.91 40.00 生产低 成都市科龙化工试剂厂 成都科龙化工试剂厂 成都科龙化工试剂厂 分析纯 36.46 1
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2.1.2实验设备、仪器及装置图
表2.2 实验所需要的主要仪器表：
设备名称
数显智能控温磁力搅拌器
恒流泵 光学度数分析天平 循环水式真空泵 台式离心机 雷磁pH计 电热恒温干燥箱 陶瓷纤维马弗炉
型号 SZCL-A型 BT300-1F 型 TG-328A 型 SHZ-D3(Ⅲ) 型 TDL-40B 型 PHSJ-3F 型 202 型 TM-0612P 型
生产厂家
河南巩义市英峪予华仪器厂 保定兰格恒流泵有限公司 湖南湘仪天平仪器厂 河南巩义市英峪予华仪器厂 上海安亭科学仪器厂 上海精科仪器有限公司 北京中兴伟业仪器有限公司 北京盈安美诚科学仪器有限公司
可见分光光度计 傅立叶红外光谱仪 粒度分布测试仪 X射线衍射仪 粉末压片机 比表面积测定仪
722 型 Nicol ET380型 Zetasizer Nano-zs90 ADVANCE D8 FW-4A型 SSA-3500 型
上海菁华科技仪器有限公司 Thermo Electron Corporation
英国Marvern公司 德国BRUKER公司 天津市拓普仪器有限公司 北京彼奥德电子技术股份有限责任公司
4W紫光灯 、 铝箔 、 石英玻璃反应器 、 气体分布器 、导管 、氧泵 、橡胶管（16#）3米、玻璃棒
2.2实验步骤
光催化条件及活性评价：
光催化活性评价反应在图2所示自制光催化反应器中进行，4w黑光灯为光源，主波长365nm。取适宜浓度的亚甲基蓝溶液300mL，加入适量多孔二氧化钛光催化剂。在进行光催化反应之前，先将悬浮液在暗态下通气搅拌，待催化剂达到吸附平衡后接通紫光灯。每隔20分钟取样10ml，经过离心分离（2500 rpm，
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3min），用722型可见分光光度计在最大吸收波长处测定上层清液的吸光值，最
长降解时间为100min。根据样品吸光值的变化求得亚甲基蓝的降解率，即： 降解率ω＝(1一A／A0)×100%
A0为光催化反应开始时亚甲基蓝溶液吸光值，A为降解后亚甲基蓝溶液的吸光值。
图2光催化反应装置图
1.光源 2.铝箔 3.石英玻璃反应器 4.气体分布器 5.空气导管
按光催化活性评价标准设计以下实验步骤：
1. 亚甲基蓝最大吸收波长的测定（参考值664纳米）
配制浓度为1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L的MB溶液，在600～700nm（包含可见光范围）内以10 nm为测试间隔、测定MB溶液在不同波长下的吸光度并记录其结果，并进行绘图（波长和吸光度）以确定最大吸光度。 2. MB溶液的吸光度与浓度的标准曲线
用配制1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L的MB溶液，在第一步测出的最大吸收波长处测定其吸光度，绘制吸光度与质量浓度的标准曲线，并进行拟合。 3. MB的初始pH值光催化对降解MB的影响
配置6mg／L的亚甲基蓝溶液(MB)，取300mLMB将其pH依次分别调至3.00然后按照评价方法进行实验，求出其降解率。PH值为4、5、6、8、10、11的降解率也依次方法进行，将不同pH值的降解率进行绘图以求出最佳pH。
注：参考文献[24]最佳pH为5.5、参考文献[25]最佳pH为5.8 4.催化剂剂量对光催化降解MB的影响。
在相同条件下（pH值为步骤3中做出的最佳值），0.1克、0.25克、0.3克、0.35克、0.4克、0.6克、0.8克、1.0克二氧化钛催化剂，每二十分钟记录一次反应的吸
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光度直至实验结束，计算其分解率。绘制分解率与催化剂剂量的关系曲线。 5.溶液初始浓度对光催化降解MB的影响
在pH值、催化剂用量、反应溶液体积相同（m（TiO2）=0.3000g、pH=最佳pH值、 V（MB）=300ml）的情况下配置不同浓度的反应溶液：24mg/L、12mg/L、8mg/L、6mg/L、4mg/L亚甲基蓝溶液进行光催化反应实验，记录结果。绘出降解率和初始浓度的关系曲线以及降解量与初始浓度的关系曲线。 6.煅烧温度对光催化降解MB的影响
将煅烧温度分别设定为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃进行煅烧，煅烧时间设定为2h（但温度上升至设定温度时方开始计时）。将偏钛酸按不同设定温度进行煅烧，并用不同温度煅烧出的光催化剂进行光催化实验，此时的实验条件为：pH为最佳值、MB初始浓度为6mg/L、反应溶液为300mL。记录反应结果并绘制出煅烧温度对光催化降解的关系曲线。
2.3样品的分析检测
2.3.1粒度分析
运用激光粒度仪测定TiO2粒径大小和粒度分布,测试程序为：称取0.02g左右的样品放入在50ml的烧杯中，加入50ml 0.5%的六偏磷酸钠水溶液作为分散剂，在160W超声波洗涤器中超声分散5min，取分散液于样品池中，采用英国Marvern公司型号为Zetasizer Nano-ZS90的粒度分布测试仪，进行样品的粒度分布测试。
2.3.2红外光谱分析
红外光谱又被称为分子振动转动光谱，其波长范围是0.8～1000μm，相应的频率是12500～10cm-1（波数）。当用一束红外辐射照射高聚物样品时，包含于高聚物分子中的各种化学键或者基团，如C-C、C=C、C-O、C=O、O-H、N-H、苯环等便会吸收不同频率的红外辐射而产生特征的红外吸收光谱，因此利用红外光谱可以鉴定这些化学键或者基团的存在。同时可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物质的结构[26]。
红外的实验条件：称取100mg～200mg光谱纯溴化钾固体作为分散介质，在玛瑙研钵中研碎成粉末状，称取几毫克的待测样品与溴化钾粉末混合，待混合均匀且呈粉状后取少量装入模具内进行压片处理，使之成为半透明的晶片。
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压好的样片转移到美国热电公司Nicolet 380型傅立叶红外光谱仪的专用载片器上，放入配有高精度全自动交流稳压器（TND-5KvA）的红外光谱测试仪中进行红外光谱测试。为了排除空气的干扰，提高结果的精确度，测试样品红外以前，必须事先采集空气的图谱。样品放入测试仪后电脑会自动绘制图谱，完成以后将图谱打印出来，以做分析。
2.3.3 XRD衍射分析
XRD(X-ray diffraction)物相分析是基于多晶样品对X涉嫌的衍射效应，对样品中各组分的准在形态进行分析测定的方法。测定的内容包括各组分的结晶情况、所属的晶相、晶相的结构、各种元素在晶体中的价态、成键状态等。物相分析与一般的元素分析不同它在测定了各种元素在样品中的含量的基础上，还要进一步确定各种晶态组分的结构和含量[27]。
采用X射线衍射(XRD)对热处理后的样品D3进行定性分析， XRD是研究晶体结构及其变化规律的主要手段。实现XRD测试的设备是X射线衍射仪。原始的X射线衍射仪是1912年W.H.Bragg的电离室探测装置，近代X射线衍射仪的雏形是1943年H.Fridmen设计出来的，上世纪50年代，此技术逐渐得到了普及和广泛应用。XRD一直被用于晶体结构取向的确定，单晶外延膜的分析及晶粒大小的分析。
仪器：德国Bruker公司型号为ADVANCE D8的X射线衍射仪
工作方式：以Cu靶的Ka为辐射源（波长是0.15406nm），狭缝宽度1mm，晶体粒度测量条件相同。扫描范围200-700，步长为0.010，步进时间为0.01s，工作管电压为40KV，工作管电流为40mA。
2.3.4 扫描电镜测试（SEM）
纳米材料的性能不仅与材料的颗粒的大小还与材料的形貌有重要关系，形貌分析的主要内容是分析材料的几何形貌、材料的颗粒度、颗粒的分布、以及形貌微区的成分和物相结构等方面。扫描电子显微镜（SEM）是一种常见的广泛使用的表面形貌分析仪器。材料的表面的微观形貌的高倍数照片是通过能量高度集中的电子扫描材料表面而产生的[28]。
样品的制备：一般的非导电性物质（玻璃材料、纤维材料、高分子材料等）需要在样品表面蒸镀导电性能好的金等导电薄膜层（厚度不超过10nm），导电性能好的样品（金属、合金、以及半导体材料）基本不需表面处理，可以直接观察，但要求表面洁净、几何尺寸符合要求。粉体材料可以直接固定在导电胶带上[29]。
用TESCAN公司的VEGA-XMH型扫描电镜(SEM)，通过喷金手段进行导电性
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