1、http:/ http:/ 绪论1.1 研究的目的及意义随着我国染料工业的稳定发展，印染行业已成为工业废水的排放大户。据不完全统计，全国印染废水排放量约为 31064106m3/d1，主要来源于染料及染料中间体生产行业，由各种产品和中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成。我国染料工业具有小批量、多品种的特点，大部分是间歇操作，废水间断性排放，水质水量变化范围大。染料生产流程长，产品收率低，废水组分复杂、浓度高色度深(50050 万倍)2。废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体，并带有显色基团(如一 N=N-、-N=O)及极性基团(如一 S03Na、-OH、-NH2)
2、 。废水中还含有较多的原料和副产品，如卤化物、硝基化合物、苯胺、酚类等，以及无机盐如 NaCI, Na2S04, Na2S 等。由于染料生产品种多，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向发展，从而使染料废水处理难度加大。染料废水的处理难点:一是 COD 高，BOD/COD 值小，可生化性差;二是色度高，且组分复杂。从理论上讲，多种物理化学方法和生物方法都可以用于染料废水的脱色处理，如物理化学法3(常用的有吸附法、膜技术絮凝沉淀、吸附、离子交换、超滤、渗析等)、化学法(如氧化4混凝法2、电解法1,5,6等)、生物法(投菌法、厌氧好氧工艺等)、光氧化713及超声波降解方法14, 15。考虑到工业效率
3、与处理成本，目前工业上常用的方法有絮凝沉淀(气浮)物降解等方法。其处理机理大致为两种:(1)富集发色物质，再分离去除；(2)破、电解、氧化、吸附、生坏发色物质，以达到脱色和降解有机物的目的。化学氧化法一般采用湿式氧化法，设备造价高，其中 O3 氧化法效果较好，但 O3 投加量大、成本高。Cl 氧化法虽处理效果好，但它容易与水中有机物生成毒性很大的氯代有机物，造成二次污染。吸附法只对亲水性染料作用明显，并且易受水中悬浮物、染料和油脂的影响而失效，同时吸附剂用量大、费用高;而混凝法仅对疏水性染料效果明显，而对亲水性染料的脱色效果差、COD 去除率低。生物法具有占地面积小、运行成本低、无二次污染的优
4、点，但近年来由于化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使 PVA 浆料、新型助剂等难生化降解有机大分子进入印染废水，原有的生物处理系统对 CODMn 的去除率从 70%降到 50%左右，甚至更低。所谓 Ti02 光催化氧化降解，就是在水中加人一足量的光敏半导体材料，结合具有一定能量的光照射和超声波辐射，光催化剂被光激发出电子一空穴对，而吸附在半导体表面http:/ http:/ 处有一特征吸收峰，易于实验和检测。故选用甲基橙做本论文研究的对象。本论文所使用的催化剂是无毒和价廉的 Ti02 半导体，光源是 375W 紫外灯，实验装置为组合式催化箱，实验装置简单，具有高效率、可操作、去污率高等突出
5、优点。因此本文通过光催化降解甲基橙来研究染料废水的降解。1.2 介孔材料概述按照国际纯粹和应用化学联合会( IUPAC , International Union of Pure and Applied Chemistry) 的定义,介孔材料(mesoporous materials) 是指孔径介于 250nm 的多孔材料,介孔材料的孔径分布介于微孔(micropore ,孔径50nm) 之间。1992 年,利用模板法合成 M41S 系列有序介孔 SiO2 材料的研究工作首次被报道出来,此后多种材料( TiO2 、ZrO2 、Nb2O5 、V2O5 等) 的介孔结构相继被合成出来。光催化是指当
6、光照射光催化材料时,在其表面上进行的化学反应的反应速率或反应产物发生改变的催化现象。目前光催化的研究主要集中在光催化分解水制氢和光催化降解有害污染物方面,这对人类获得可再生能源、净化环境有重要的意义。TiO2 是一种在紫外光照射下具有光催化活性的重要金属氧化物半导体材料,在环境净化、太阳能转换、化学传感等方面有广泛的应用。从应用的角度看,介孔 TiO2 具有较大的比表面积,均匀的孔径及规则的孔道分布,使其具有普通颗粒 TiO2 无法比拟的优势。对介孔 TiO2 的光催化性质研究表明,介孔结构可以明显提高 TiO2 的光催化性能,对有害气体液体等的光催化降解,效率明显高于纳米颗粒 TiO2 ,并
7、且在特定情况下已经超过高效光催化剂 P25 。此外,在染料敏化太阳能电池中,用介孔 TiO2 作电极比用普通纳米晶 TiO2。1.2.1 介孔材料的基本性质介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料。介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。 它的诱人之处还在于其在催化，吸附，分离及光，电，磁等许多领域的潜在应用价值。介孔材料是一种多孔固体材料，是继微孔沸石分
8、子筛之后的又一类分子筛http:/ http:/ 250 纳米大小；也就是说，蜜蜂窝上的孔是介孔材料中孔道大小的一百万倍。介孔材料的孔道大小分布非常的均匀，这种多孔结构使得单位质量介孔材料的表面积变得很大，甚至会高达 1000 平米/克，所以介孔材料可以作为一种很好的催化剂或者是催化剂的载体。另外，介孔材料还有一个比沸石分子筛（孔径小于 2 纳米）更突出的优点，那就是它的孔道足够大到了可以让一些有机大分子、生物高分子通过，所以用介孔材料可以“筛选”沸石分子筛不能“筛”的大分子，可以用在大体积分子的吸附、分离和催化反应中，像石油化工、生物催化、医药分离等领域。一般制备介孔材料需要以下几种原料：有
9、机表面活性剂、水、酸或碱、形成墙体骨架的物源。其中在这里，有机表面活性剂就相当于制空心砖用的“模子” ，不过它可是溶解在水中的“软模板” 。将“软模板” 、酸或碱融解在水中，然后加入形成骨架的物源，物源在水溶液中水解并沉积在表面活性剂的周围，形成一种复合结构。最后通过煅烧或者溶剂抽取（萃取）除去表面活性剂模板，模板除掉以后就会留下一个一个的小孔，这样就得到了介孔材料。介孔材料的孔道虽然很小，却是很好的“纳米微反应器” ，像介孔氧化硅的孔壁上还有大量的具有化学反应活性的化学键，使得在很多化学反应能够在孔道中实现。通过各种化学的或物理的方法，可以将各种各样的催化剂组装或引入到介孔材料的孔道中，或者
10、利用一定的化学键作用将催化剂“铆钉”到介孔材料的孔壁上或孔壁骨架中，实现催化剂的高度分散和固定，这样就得到了以介孔材料为载体的高效催化剂材料。这些复合的介孔材料催化剂不仅催化效率高、活性好，而且更容易回收和重复利用，尤其是在大体积分子参与的化学反应中更突显其优势。除了上面所说的，介孔材料的用途可不是仅仅限于催化领域。研究人员还可以在介孔材料的孔道中合成几个纳米粗细的金属纳米丝或半导体纳米线；将专门可以“吞噬”有毒重金属离子（如汞, 铅等）的物质“铆钉”到介孔材料中去，可以得到专门大量“吞噬”有毒重金属离子的污水净化材料，介孔材料的多孔结构和高表面积大大增大了材料的“肚量” ；将对气体（如一氧化
11、碳等）敏感的化学物质引入到介孔材料中，可以得到灵敏百倍的气体传感器；将发光物质装载到介孔材料的孔道中，利用介孔材料的孔道将发光物质的颗粒大小限制在几个纳米大小的尺寸，可以很大程度上提高它们的发光强度和效率。另外，介孔材料在其它的一些诸如生物、医药、光电器件等领域也展现了引人注目的应用前景。http:/ http:/ 介孔材料的特性介孔材料是一类孔径在 250nm 之间的多孔材料，具有规则的孔道结构，孔径分部窄，且可以调节；经过优化合成条件或者后处理，可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；颗粒具有规则外形，且可以在微米尺度内保持高度的孔道有序性等。正是由于其具有可调的规整介孔孔道、高的比表面积
12、、显著的吸附性质和高的热稳定性等诸多优点，使其一问世即成为工业应用（如吸附和分离、离子交换、光催化剂、分子筛等）的首选。1.2.3 介孔 TiO2 改性二氧化钛作为一种重要的半导体光催化材料，它有三种不同的晶相：板钛矿、锐钛矿、金红石，具有光催化降解有机物活性高、化学性质稳定、耐化学和光化学腐蚀以及无毒等特性，因而在污水处理及空气净化等方面有着重大的潜在应用价值。然而锐钛矿和金红石型二氧化钛是宽禁带材料，它们的禁带分别为 3.2 eV 和 3.02 eV，仅能吸收太阳光谱的紫外光部分，太阳能利用效率低，通常需要用紫外光源来激发，这限制了其实际的应用。国内外许多研究者为了提高二氧化钛对太阳光的利
13、用率，进行了许多有益的尝试，如通过对TiO2 掺杂过渡金属离子19,20、与其他纳米材料进行纳米复合等方面的研究，改进光催化剂的禁带宽度，使反应的响应光谱向可见光扩展，并且有效地抑制电子空穴的复合，提高 TiO2 半导体的催化活性和光催化效率，进而提高处理多种有机废水的能力。TiO2 的光催化活性除了与催化剂粒径、光吸收效率、吸收光波长有关外，还与激发空穴-电子对(h+/e-)的复合速率有关。采用 TiO2 掺杂过渡金属离子和固定化技术可以延长电子(e-)和空穴(h+)的寿命，抑制 h+ / e复合,扩展光吸收波长的范围，提高 TiO2 光催化活性和光催化效率。过渡金属离子掺杂可以提高 TiO
14、2 的光催化效率，一般认为有以下原因：(1) 掺杂可以形成捕获中心，价态高于 Ti4+的金属离子捕获电子，低于 Ti4+的金属离子捕获空穴，抑制 h+/e- 复合。(2) 掺杂可以形成掺杂能级，使能量较小的光子激发掺杂能级上捕获的电子和空穴，提高光子的利用率。(3) 掺杂可以导致载流子的扩散长度增大，从而延长了电子和空穴的寿命，抑制了 h+/e- 复合。(4) 掺杂要可以造成晶格缺陷，有利于形成更多的 Ti3+氧化中心。1.2.4 介孔材料的制备方法溶胶凝胶法是在室温下进行的一系列反应，采用此方法制备的产物是经过溶液中混http:/ http:/ TiO2。1.3 介孔 TiO2 的光催化作用
15、机理TiO2 光催化剂共分为 7 个步骤来完成光催化的过程：TiO2+hv e-+h+ (1)h+ +H20OH+H+ (2)e-+02 OO- (3)OO+HOOH (4)OO+e-+2H+ H202 (5)H2O22OH (6)h-+OH-OH (7)当一个具有 hv 能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度 Eg 的光子射入半导体时，一个电子由价带(VB)激发到导带(CB)，因而在导带上产生一个高活性电子，在价带上留下了一个空穴(h+ )，形成氧化还原体系。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。 OH 自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在 TiO2 表面的有机污染物(简称
16、为 R)降解为 CO2、H2O，把无机污染物氧化或还原为无害物。对于染料光催化降解来说，在可见光照射下，染料溶液的 Ti02 光催化降解不仅破坏了染料分子中的共轭发色体系，而且破坏了其结构，吸附在 Ti02 表面上的染料被激发后，向Ti02 导带注入一个电子生成正碳自由基，导带中的电子可以和溶解在水中的 O2 生成O2，并进一步转化成为 HOO或OH 自由基。这些活性氧类进攻染料自由基后，OH 与发色基团中 Ar-N-N-Ar 的-N-N-反应生成 Ar-NO,Ar-NA 等，经过一系列复杂的氧化反应，染料被分解生成小的有机及矿化产物(如 SO42- 、 CO2 等)。1.4 影响光催化活性的
17、因素TiO2 的晶型结构，催化剂中 SiO2 掺杂比，溶液 pH 值，催化剂的用量和催化剂的焙烧温度都会影响催化剂的活性。1.5 提高 TiO2 光催化性能的途径过渡金属离子掺杂，贵金属表面沉积，表面光敏化，表面超强酸化, 微波场作用下光催化反应；热催化与光催化的耦合反应，室温等离子体光催化反应，生物光催化反应，电http:/ http:/ 改性催化剂在降解造纸废水中的应用 近年来, TiO2 光催化性能日益受到人们的重视。由于 TiO2 具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本以及可直接利用太阳光等优点, 因而在光电转换、化学合成以及光催化氧化环境污染物等方面具有广阔的应用前景。但由于 TiO
18、2 光催化剂带隙较宽( Eg = 3. 2 eV ,= 387 nm) ,只有在 小于 387 nm 的紫外光激发下,价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴分离。而且, 由于光激发产生的电子和空穴的复合, 导致光量子效率很低。为克服这些缺点, 人们采取多种手段对 TiO2 进行改性,在作为 n 型半导体的 TiO2 中掺入 P 型半导体,其中包括贵金属修饰、半导体复合、染料敏化和过渡金属离子的掺杂等,以便改进 TiO2 光催化剂的禁带宽度,使反应的响应光谱向可见光扩展,并且有效地抑制电子空穴的复合,提高半导体的光催化率。过渡金属离子掺杂可在 TiO2 晶格中引入缺陷位置或者改变结晶度,从而
19、影响电子与空穴的复合;某些金属离子的掺入还可以扩展光吸收波长的范围。因而探索非常规技术降解有色废水的应用基础、技术和方法已成为国际上科技界关注的焦点问题。我们认为:利用超声波降解结合高效半导体光催化剂及一定波长的紫外光可解决传统处理方法中存在的问颗。随着研究的深入，人们发现半导体催化剂在太阳能储存于利用，光催化转换及有机污染物的环境处理方面，有着诱人的前景。其中 Ti02 因其光稳定性高和高效性而备受人们青睐。1972 年，Fujishima22报道了在光电池光辐射 Ti02 可持续发生水的氧化反应，产生H2。 1976 年 S.N.Frank 等23将半导体材料用于催化光解污染物，取得了突破
20、性的进展。光催化氧化法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强，具有广阔的应用前景。1.7 SiO2-TiO2 应用前景SiO2 和 TiO2 是广泛研究的两类介孔材料，对其复合材料的研究近年来也引起很大兴趣。SiO2 与 TiO2 复合，兼顾 SiO2 的结构性和 TiO2 的功能性，有望开发出新型复合材料。近些年来，以 TiO2 为代表的光催化剂，在防污、环境净化等方面的用途在不断扩大。但是，TiO2 材料，只在紫外光或太阳光下才具有光催化活性，在几乎没有紫外光的环境中则不呈现光催化活性。因此，人们期望能找到一种不只在紫外光，即使在可见光下依然具备光催化活性的材料。研究表明，对纳米粒子表面进
21、行化学修饰可以控制颗粒大小和稳定性，对其进行包覆或表面活性处理，能有效的改进其性能24。http:/ http:/ SiO2 微球为核，制备出了单分散 SiO2/TiO2/SiO2 多层包覆颗粒。他们以氨水为催化剂，以乙醇为溶剂，使 TEOS 水解，制备得到 SiO2 溶胶，并以其为核，使 TBOT 在其表面进行水解，反应形成 40nm 的包覆层，再以此包覆粒子为核，使TEOS 在其表面水解，得到 10 nm 后的包覆层，最终制成了 SiO2/TiO2/SiO2 光子晶体。其中，TiO2 及 SiO2 层用以提高复合微球的光折射率，同时保持了复合微球的单分散型并改善了其表面性质。由于二氧化钛粉
22、末存在易聚集、易失活、较难回收和再利用等特点，严重限制了二氧化钛的应用发展。克服这一缺点的有效办法是制备复合光催化剂，进而提高其催化性能。宋秀芹等人26，以 SiO2 为核，通过表面活性剂十二烷基硫酸钠在 SiO2 表面进行组装了TiO2 的纳米粒子膜。二氧化钛的在复合颗粒表面排列紧密、均匀，壳层厚度随组装层数的增加而均匀增加。Kim Ki Do 等人 27，采用溶胶凝胶法和微乳液法在 SiO2 上包覆 TiO2 粒子，按照此方法，首先制备 SiO2 粒子并以它为载体在其上进行包覆，发现这两种方法都是遵循第一动力学聚合核增长机制，而且溶胶凝胶法比微乳液法反应速度快，更有利于 SiO2 上包覆T
23、iO2 粒子的增长。总之，关于 TiO2 与 SiO2 复合粒子的研究还处于开始阶段，关于其性能、应用的开发还有待于进一步深入。1.8 论文的研究的目的、意义和内容TiO2 和 SiO2 是目前研究和应用较为广泛的两种纳米材料。本文在酸性条件下以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，钛酸四丁酯(TBT)和硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体，制备出了较大比表面积的掺杂介孔 TiO2,并以此为催化剂，对染料废水中的甲基橙降解进行了研究，为光催化剂在染料废水处理方面的应用进行了探索。关于 TiO2 的研究较集中在其光催化性能方面，主要应用于光催化剂、涂料、化妆品抗紫外、增白等方面。而 SiO2 的研
24、究主要集中于其作为载体、填料方面，被应用于提高陶瓷制品的韧性、光洁度；人造莫来石材料；橡胶、粘结剂、塑料、油漆、功能纤维等的添加剂；纸张表面涂层（瓷土）的重要原材料等。所以，深入研究 SiO2、TiO2 材料，开发其新性能，有着重要的现实意义。第二章 TiO2 改性催化剂的制备及性能表征2.1 试剂与仪器钛酸四正丁酯 TBT(C.P.) 国药集团化学试剂有限公司硅酸四乙酯 TEOS（A.R.） 中国医药（集团）上海化学试剂厂http:/ http:/ 国药集团化学试剂有限公司无水乙醇 (A.R.) 莱阳经济技术开发区精细化工厂pHS25 型酸度计 上海精科雷磁仪器厂HH1 型恒温水浴器 国华电
25、器有限公司DRZ电阻温度控制器 龙口市电炉制造厂DHG9140A 型电热恒温鼓风干燥器 上海精宏实验设备有限公司玻璃仪器气流烘干器 郑州杜甫仪器厂KQ2200 型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司JEM100CX型透射电子显微镜 日本理学电机公司 德国 Tensor27 红外分光光度计2.2 催化剂的制备 TiO2 溶胶的制备：把一定量的 TBT 溶液在磁力搅拌下逐滴滴入含水的浓盐酸中，表面活性剂 CTAB 溶于乙醇溶液，把该溶液在磁力搅拌下逐滴加入上述溶液中，其中试剂的摩尔比为：TBT/浓盐酸/水/CTAB/乙醇=1.0/1.4/17/0.16/20。SiO2 溶胶的制备：用盐酸调水的 p
26、H 值为 3，加入 TEOS，搅拌 2h，将 CTAB 溶于乙醇中，缓慢滴加入上述溶液中，搅拌 3h,其中试剂的摩尔比为：TEOS/水/CTAB/乙醇=1/2/0.25/20。按一定的摩尔比将上述两种溶胶混合，使 SiO2 地掺杂量分别为 1%、3%、5%.所得溶胶50水浴老化一周，分别在 350和 400下焙烧 78h,即得产品。2.3 催化剂的性能表征将溶胶-凝胶法制备的 SiO2TiO2 介孔复合材料通过不同温度热处理后，得到了不同粒径、不同形态的 TiO2 - SiO2 粒子。并采用 XRD(X-射线衍射分析)、FT-IR(红外光谱分析)等分析手段对其进行表征。2.3.1 X 射线衍射
27、分析 X 射线衍射仪可利用物相的定性和定量分析以及晶粒度、介孔结构等的测定。XRD 的定性分析是利用 XRD 衍射角位置及强度来鉴定样品的物相组成，通过对未知物相的衍射花样与已知物相的衍射花样比较，可以鉴定出样品中的各种物相；XRD 定量分析是利用衍射线的强度来确定物相含量。每一种物相都有各自的特征衍射线，而衍射线的强度与物相的质量分数成正比，各物相衍射线的强度随相含量的增加而增加。http:/ http:/ 测定晶粒度是基于衍射线的宽度与材料晶粒大小有关这一现象，晶粒大小可由Scherrer 公式：D = 0.9 / B cos 计算。 其中 D 为晶粒大小， 为 x 射线波长0.1540
28、nm，B 为衍射峰半峰宽， 为 Bragg 角。本实验采用 D/MAX 2200PC 型 X 射线衍射仪分析（日本理学电机公司） ，选用 Cu Ka 辐射，= 1.5406 ，加速电压 40 KV，电流 28 mA，扫描范围 1070，步速 10 /min。2=25.3(101),37.9(004),47.8(200),54.3(211)处出现锐钛矿相特征衍射峰，表明 400焙烧后介孔 SiO2-TiO2 为锐钛矿相。研究表明，随着煅烧温度的升高，TiO2 会由无定形向锐钛矿型转变。图为煅烧温度为 400 时不同配比 TiO2 - SiO2 介孔粉体的 X 射线衍射图。从图中可以看出，锐钛矿相
29、 TiO2 衍射峰强度有变化，晶粒大小由 Scherrer 公式：D = 0.9 / B cos 计算出 1%SiO2-TiO2 粉体的晶粒大小为 3.5336nm, 3%SiO2-TiO2 粉体的晶粒大小为 3.5490nm,5%SiO2-TiO2 粉体的晶粒大小为 3.5035nm,即随着 SiO2掺杂比的增大，SiO2-TiO2 粉体的晶粒大小先变大再减小，即结晶度先变大再变小，这说明 SiO2 掺杂比在 3%时，催化剂的结晶度最好，提高了 TiO2 的相转变温度，使复合材料热稳定性大大增加，因此在掺杂比为 3%时催化效果最好。2.3.2 FT-IR 分析红外光谱是由于分子吸收了红外光的
30、能量之后发生振动能级和转动能级的跃迁而产生的一种吸收光谱。红外光谱是指 =2.51m 相当于 4000625cm-1，这种光只能对应分子振动能级和转动能级的跃迁。由于吸收强度通常是用 T%来表示，所以吸收愈强，曲线愈向下，IR 谱图上的那些“谷” ，实际上是“吸收峰” ，又称吸收带。纵坐标表示分子对某波长的红外光吸收的强度，横坐标指出了吸收峰出现的位置。在 IR 谱图中，吸收峰一般不按其绝对吸光强度表示，而是粗略的分为：强(S)、弱(W)、中强(m)；并按形状分为：尖(sh)、宽(b)等。上述属性均是分子振动能级跃迁而引起的，而且均与分子的构造有严格的因果关系。连续的红外光与分子相互作用时，若
31、分子中原子间的振动频率恰好与红外光波段的某一频率相等时，将引起共振吸收，使光的透射尝试减弱，因此可利用红外光谱图表征物质中分子或原子基团的振动进行分子结构、物质化学组成分析。TiO2 骨架结构采用红外可见光谱分析（FT-IR)(德国 Tensor27 红外分光光度计） 。煅烧温度为 400 时 0.03SiO2TiO2 和纯 TiO2 的红外光谱图。400-1000 cm-1 宽的强吸收峰是 TiO2 晶体表面的 TiO 键伸缩振动所致，1134.59cm-1 附近吸收带是TiOSi 键的振动谱振动谱带，1624.34cm-1 附近的吸收带代表吸附的水分子中 HOH的弯曲振动谱带，而 3332
32、.05cm-1 附近弱的吸收峰来自于表面 OH 伸缩振动的贡献，http:/ http:/ cm-1 和 3176.33cm-1、3332.05cm-1 附近的弱吸收表明在 TiO2 介孔微粒表面存在吸附 H2O，在 1000-1500cm-1 附近未出现 C-N 键的振动谱带，这说明模板剂 CTAB 在焙烧过程中已经烧光。图中未出现 1125-1035cm-1 的 Ti-O-C 伸缩振动峰，这说明钛酸四丁酯水解很完全，而且-CH3，-CH2 基团的伸缩振动峰 2950 cm-1、 2920 cm-1 、2900cm-1 也未出现，说明热处理后有机物己经完全分解。从图中可以看出，有 TiOSi
33、 键的出现，这说明 SiO2 是以无定形分散在锐钛矿 TiO2 周围，而且 TiO2 与 SiO2 的表面发生键合作用。2.3.3 透射电子显微镜 TEM透射电子显微镜 TEM 是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像， 投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。透射电镜的分辨率为 0.10.2 nm，放大倍数为几万几十万倍。TEM 不仅可以检测介孔粒子的粒度大小及其粒度分布，还可以检测介孔结构材料上分散及分布特征，并能直观地看到介孔粒子的形貌、表面纹路及精细结构。本实验采用JEM100CX型透射电子显微镜（日本理学电机公司） ，目的是研究介孔 TiO2 的颗粒形貌及大小。相同配比的复合材料颗
34、粒在煅烧温度为 400 时分散性比较好，煅烧温度为 350 时稍微有点团聚，这说明温度升高有助于复合材料的分散，分散好时，催化剂的催化性能提高。2.3.4 BET(比表面积)分析分析 BET 比表面积测定方法是利用气体的低温吸附，即以气体分子占据颗粒表面，测量气体吸附量计算比表面积。本实验采用 ST 80 A 型比表面仪上测定样品的比表面积，吸附气体为氮气。1% SiO2-TiO2 样品的比表面积随着焙烧处理的温度升高而减少，而 5% SiO2-TiO2 样品的比表面积随着焙烧处理的温度升高而增加，由此大体可以得出 1% SiO2-TiO2 样品应该在350时催化效果好一些，而 5% SiO2-TiO2 样品应该是在 400时催化效果好一些。第三章 TiO2 改性催化剂的催化性能3.1 试剂与仪器硫酸（A.R.） 烟台三和化学试剂有限公司甲基橙 （A.R.） 天津市广成化学试剂有限公司 pHS25 型酸度计 上海精科雷磁仪器厂DHG9140A 型电热恒温鼓风干燥器 上海精宏实验设备有限公司玻璃仪器气流烘干器 郑州杜甫仪器厂
