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摘 要

近年来，随着人们对于环境问题的加重关注，一系列针对环境和污染治理的新技术得到了发展，其中纳米材料和光催化技术被广泛应用于环境保护和治理，TiO₂作为一种无毒无害且具有生物相容性，并在催化方面有着优越性能的纳米材料，被投以广泛关注。本人所在课题组目前所研制的一种新型介孔TiO₂晶须材料，因其丰富的介孔结构、大比表面积、壁面晶化以及良好的热稳定性等优异性能，在生物质产氢、光催化、贵金属担载等方面都有着非常好的应用^[1]。离子交换过程是合成这种介孔TiO₂材料的重要工艺之一，对于介孔TiO₂材料的形貌结构有着决定性的作用，但目前对介孔TiO₂材料前驱体二钛酸钾的离子交换反应过程的机理研究尚少，故本文主要针对二钛酸钾的离子交换反应过程的机理研究，通过实验测定起始溶液的pH值，温度和搅拌速度以及不同的水合条件对二钛酸钾的离子交换反应过程的影响，从而对于实现介孔TiO₂材料结构形貌可控，进而在材料性能上实现进一步提高。

关键词：TiO₂;K₂Ti₂O₅;pH值;温度;搅拌速度;离子交换反应过程

Abstract

In recent years, as people increase the focus on environmental issues, a series of new technologies for the environment and pollution control have been developed, including nanomaterials and photocatalytic technology is widely used in environmental protection and management, TiO₂ as a non-toxic and biocompatible, and has a superior performance of nanomaterials in catalysis, pitched to wide attention. My currently research group developed a new type of mesoporous TiO₂ whisker material, because of its rich mesoporous structure, high specific surface area, wall crystallization and good thermal stability, excellent performance, has a very good application in biomass hydrogen production, light catalysis, precious metals and other aspects of carrying. The ion exchange process is an important process that synthesizes mesoporous TiO₂ material, which has a decisive role in topography of mesoporous TiO₂, but the current study of mesoporous TiO₂ precursor dititanium potassium ion exchange reaction process mechanism is still few, so this paper studies the mechanism of the reaction process exchange for two potassium titanate ion, By experimental determination of the starting solution pH, temperature and stirring speed and different hydration conditions on the reaction process in exchange for two potassium titanate ions, which for the realization of mesoporous TiO₂ structure controllable shape, and then be further improved on the material properties.

Keyword: TiO₂;K₂Ti₂O₅;pH; temperature; stirring speed; Ion exchange reaction

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 2

1.1 二钛酸钾晶须材料概述 2

1.1.1 二钛酸钾晶须的结构特征与合成方法 2

1.2 离子交换过程动力学概述 3

1.2.1 离子交换过程普遍机理 3

1.2.2 离子交换过程速率控制步骤 5

1.3 钛酸钾晶须离子交换反应研究进展 6

1.4 本文研究思路及研究内容 7

第二章 自然浸出条件下K2Ti2O5的离子交换动力学研究 9

2.1引言 9

2.1.1 研究思路与研究内容 9

2.2 实验部分 10

2.2.1 化学试剂和实验仪器 10

2.2.3 实验步骤 11

2.2.4 数据处理 11

2.3 结果与讨论 14

2.3.1 pH 值的影响 14

2.3.2 温度的影响 16

2.3.3 搅拌速度的影响 18

2.3.4 水合条件的影响 19

2.4 本章小结 22

第三章 全文结论与展望 23

3.1 全文结论 23

3.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 前言

1.1 二钛酸钾晶须材料概述

钛酸钾晶须材料一种新型针状短纤维，最初由于火箭发射时会有高温高压气流的剧烈冲刷，由此产生出对具有优良隔热性能、耐磨、抗冲击的材料的需求，并由美国航天航空局（NASA）开发出了钛酸钾晶须材料，用以替代石棉纤维。

钛酸钾晶须是一类化学式为K₂O.nTiO₂的微型外观为针状晶体的无机高分子化合物的总称，化学方程式中n=2、4 、6 、8时分别对应称为二钛酸钾晶须、四钛酸钾晶须、六钛酸钾晶须和八钛酸钾晶须，按照功能的不同钛酸钾晶须又可分为导电晶须和非导电晶须两类^[2]。各种钛酸钾晶须的结构学参数（见表1-1）。

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