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              納米羥基磷灰石/二氧化鈦光催化材料的制備及機理研究

              來源:中國凹凸棒土網    11-05 10:32
              二氧化鈦是一種優良的光催化材料,在紫外線的照射下,能有效分解多種有機物,因此被廣泛用于廢水處理,空氣凈化,消毒抗菌等方面。但TiO<,2>帶隙較寬,可見光催化效果差,并存在對有機物吸附能力弱等缺點,嚴重制約了它的應用。羥基磷灰石是一種被廣泛研究的生物材料,具有良好的生物相容性和有機物吸附能力,因此積極探討羥基磷灰石與TiO<,2>的納米復合光催化材料,有望克服現有TiO<,2>的上述缺點,獲得新型高效光催化材料。 基于以上考慮,本論文通過水熱合成法探討了納米羥基磷灰石/TiO<,2>光催化復合材料的制備條件,材料組成以及離子摻雜等對納米復合材料結構,復合形式及光催化效率的影響。具體研究內容如下: 首先,使用水熱合成法得到了載鈦羥基磷灰石材料,并研究了載鈦量,水熱溫度等對載鈦羥基磷灰石的晶相、形貌以及光催化降解能力的影響。結果表明通過水熱反應得到了晶粒形貌為細小針狀晶粒的納米載鈦羥基磷灰石材料,其直徑為5~15nm,長度為30~100nm,BET表面積為150~217m<'2>/g。水熱溫度提高有利于羥基磷灰石結晶,而Ti<'4+>離子的加入降低了的羥基磷灰石結晶性。通過光催化降解亞甲基藍試驗表明,該材料具有較強的吸附污染物的能力,在可見光照射條件下,具有遠比商業P25 TiO<,2>高的降解污染物效率。載鈦羥基磷灰石樣本對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌抗菌率分別為95%和97%,有較好的抗菌功能。而相同條件下,納米羥基磷灰石和TiO<,2>樣本幾乎沒有抗菌效果。 其次,通過水熱反應得到了納米羥基磷灰石/TiO<,2>復合材料。納米羥基磷灰石/TiO<,2>復合材料的形貌為在納米羥基磷灰石表面生長了細小3-15nm的TiO<,2>顆粒。該復合材料光催化降解亞甲基藍能力明顯優于納米TiO<,2>和羥基磷灰石材料。光催化能力的高低與羥基磷灰石和TiO<,2>的結合狀態,晶粒大小等多種因素直接有關,而與TiO<,2>在復合材料中的含量關系不大。納米羥基磷灰石/TiO<,2>復合材料樣本對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率為97.8%和99.9%。 另外,還對稀土元素摻雜的影響進行了研究,結果發現稀土元素的摻雜會影響HAp/TiO<,2>的生長,使得材料的結晶度下降,晶粒變小,同時也會改善HAp/TiO<,2>復合材料的光催化性能。具有較大離子半徑差異的Eu具有更好的改善作用。部分稀土摻雜納米羥基磷灰石/TiO<,2>材料可以完全殺滅大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌。 為了進一步提高光催化復合材料的效果,本文還研究了載銀復合材料的制各,并成功獲得了納米載銀羥基磷灰石/TiO<,2>復合材料。結果表明該材料具有較高的光催化能力,在可見光照射的條件下,有較好的降解污染物能力,在紫外光照射條件下,也有和P25 TiO<,2>相近的降解能力。載銀納米羥基磷灰石/TiO<,2>材料可以完全殺滅大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌。進一步探討表明羥基磷灰石與銳鈦礦具有較好的點陣匹配,可促進光催化效果優異的銳鈦礦TiO<,2>在羥基磷灰石基體上非均質形核。同時抑制了TiO<,2>相變。

                  關鍵詞:
                  二氧化鈦 羥基磷灰石 光催化 水熱合成
                  作者:
                  胡安民
                  學位授予單位:
                  上海交通大學
                  授予學位:
                  博士后
                  學科專業:
                  材料科學與工程
                  導師姓名:
                  毛大立
                  學位年度:
                  2006
                  語種:
                  中文
                  分類號:
                  TB347
                  在線出版日期:
                  2007年07月01日(萬方平臺首次上網日期,不代表論文的發表時間)

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