摘 要

二氧化钛作为一种光催化剂，具备强大的氧化性能、低选择性、能量损耗小、无二次污染、降解效率高，没有毒性、价格实惠、能够长期使用等特点，所以，成为近年来光催化材料研究的重点。

本文采用溶胶-凝胶法，以钛酸丁酯为钛源，在乙醇、蒸馏水和盐酸的作用下制备二氧化钛，探索催化剂的制备条件。在制备二氧化钛时，考察了表面活性剂羟丙基纤维素（HPC）的加入，对二氧化钛催化剂分散特性及形貌的影响。通过XRD和SEM等测试手段对二氧化钛的晶型结构和形貌进行了表征和分析。利用紫外光灯照射下，二氧化钛对亚甲基蓝的降解实验，评价了不同条件下制备的二氧化钛的光催化性能。

实验结果表明，合成温度对二氧化钛催化剂的晶型结构和颗粒大小有显著影响，合成时间的改变，对晶型结构及颗粒大小影响不显著。500℃，4小时条件下制备的催化剂表现出相对较佳的光催化性能。引入表面活性剂（HPC），可以抑制二氧化钛颗粒的表面团聚，显著提高催化剂的光催化活性。

关键词：二氧化钛；光催化；多孔；球形

Abstract

Titanium dioxide as a photocatalyst, with a strong oxidation performance, low selectivity, low energy loss, no secondary pollution, high degradation efficiency, no toxicity, affordable, long-term use and other characteristics, so, in recent years, photocatalytic materials The focus of the study.

In this paper, titanium dioxide was prepared by sol-gel method with butyl titanate as titanium source under the action of ethanol, distilled water and hydrochloric acid to explore the preparation conditions of the catalyst. In the preparation of titanium dioxide, the effect of the addition of hydroxypropylcellulose (HPC) on the dispersion characteristics and morphology of the titanium dioxide catalyst was investigated. The crystal structure and morphology of titanium dioxide were characterized by XRD and SEM. The photocatalytic activity of titanium dioxide prepared under different conditions was evaluated by the degradation experiment of titania on methylene blue by irradiation with ultraviolet light.

The experimental results show that the synthesis temperature has a significant effect on the crystal structure and particle size of the titanium dioxide catalyst, and the change of the synthesis time has no significant effect on the crystal structure and particle size. 500℃, 4 hours under the conditions of the catalyst showed relatively good photocatalytic performance. The introduction of surfactants (HPC) can inhibit the surface agglomeration of titanium dioxide particles and significantly improve the photocatalytic activity of the catalysts.

Key Words：TiO₂；Photocatalytic；porous；spherical

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 二氧化钛的结构和性质 2

1.2.1 二氧化钛的基本结构 2

1.2.2 二氧化钛的能带结构与光催化原理 3

1.3 二氧化钛的制备 5

1.3.1 气相法 5

1.3.2 液相法 6

1.4 二氧化钛的应用 8

1.4.1 二氧化钛在污水处理中的应用 8

1.4.2 二氧化钛在化妆品方面的应用 9

1.4.3 二氧化钛在室内空气的净化中的应用 9

1.4.4 二氧化钛在食品中的应用 9

1.5 论文研究的目的意义和内容 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验试剂和仪器 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 实验仪器 11

2.2 二氧化钛的制备 12

2.2.1 二氧化钛的制备方法 12

2.2.2 二氧化钛的制备过程 12

2.3 二氧化钛的光催化性能检测 13

2.3.1 检测方法 13

2.3.2 检测的过程 13

2.3.2.1 亚甲基蓝的配制 13

2.3.2.2 波长的定位 14

2.3.2.3 光催化性能的检测 14

2.4 二氧化钛晶型结构与形貌表征 15

2.4.1 X射线衍射法（XRD） 15

2.4.2 扫描电子显微分析（SEM） 15

第三章 实验结果分析 16

3.1表征结果分析 16

3.1.1 X射线衍射（XRD）结果分析 16

3.1.2 SEM结果分析 17

3.2 二氧化钛的光催化结果 17

3.2.1 空白对照组 17

3.2.2 保温4h样品的吸光度 18

3.2.3 保温6h样品的吸光度 19

3.3 实验数据分析 20

3.3.1 空白对照组 20

3.3.2 煅烧温度的影响 21

3.2.3 保温时间的影响 24

3.2.4 分散剂的影响 26

第四章 结论 30

参考文献 31

致 谢 33

第一章 绪论

在1972年在光电池领域研究中，Fujishima和Honda发现了水受光照可以进行氧化还原反应，为二氧化钛的研究与发展的打下了基础。在1976年，Carey等人在剧毒多氯联苯的降解应用中第一次使用了TiO₂，又在1977年，Bard将TiO₂用于降解水中的氰离子，拉开了TiO₂在环境保护领域研究的帷幕。1985年又利用TiO₂将大肠杆菌等有害病菌消灭，1986年Fujishima等人还发现二氧化钛能有效地杀灭肿瘤细胞，1993年Fujishima提出用TiO₂应用于环境净化方面等。光催化技术成为了解决环境污染的主要研究方向，也成为了21世纪研究的热点与重点。通过研究人员数年来的不断研究，二氧化钛的应用领域也变得愈加广泛。二氧化钛可降解水中的难降解物质，还能应用于太阳能电池、生物医学等方面。相关的结果说明二氧化钛的性能不仅与本身性质有联系，同时还与其微观结构有着紧密的关系。因此，调节二氧化钛的微观结构，通过微观结构与产品性能的联系，改变结构，改变效率，对二氧化钛扩宽其应用领域有着重要的帮助。

1.1 引言