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基本信息

項(xiàng)目名稱：
正交法研究Ce3+摻雜納米TiO2的制備
小類：
能源化工
簡介：
納米TiO2是近幾年研究最熱的納米無機(jī)材料之一，在很多領(lǐng)域，如光催化材料，抗菌材料、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。但是TiO2自身存在結(jié)構(gòu)缺陷，限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。本文選用稀土Ce3+元素對(duì)納米TiO2進(jìn)行摻雜改性，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)研究了Ce3+摻雜量、超聲波輻射時(shí)間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品影響，優(yōu)化了制備條件，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及光催化抗菌性能表征。
詳細(xì)介紹：
納米TiO2是近幾年研究最熱的納米無機(jī)材料之一，在很多領(lǐng)域，如光催化材料，抗菌材料、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。TiO2自身存在結(jié)構(gòu)缺陷，限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。將稀土元素適當(dāng)?shù)負(fù)诫s到TiO2晶體中，可以提高其光催化活性和擴(kuò)大對(duì)可見光的光譜響應(yīng)范圍。本文選用稀土Ce對(duì)納米TiO2進(jìn)行摻雜改性，制備出納米Ce/TiO2，采用XRD、BET、SEM對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)研究了Ce摻雜量、超聲波輻射時(shí)間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、晶粒大小、比表面積和表面形貌的影響，優(yōu)化了Ce/TiO2的制備條件。本文制備出最佳條件Ce/TiO2粉體，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征、抗菌性表征。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

納米TiO2由于其無毒、無害、化學(xué)穩(wěn)定性好等諸多特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但其存在可見光利用率低、光量子產(chǎn)率低的缺陷，在實(shí)際應(yīng)用中收到很大限制。本文采用稀土元素鈰摻雜改性納米TiO2，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能表征。通過正交法研究鈰摻雜量、超聲波輻射時(shí)間、燒結(jié)溫度及時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的影響，優(yōu)化鈰摻雜納米TiO2的制備條件，以期能夠改善納米TiO2的光催化抗菌性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

①本文將統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，通過正交法系統(tǒng)地研究了超聲波輻射時(shí)間、Ce3+摻雜量、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)納米Ce/TiO2結(jié)構(gòu)及性能的影響，優(yōu)化了納米Ce/TiO2的制備條件，確定各因素對(duì)產(chǎn)品影響的大小。②實(shí)驗(yàn)選擇鈰為摻雜元素，為充分利用民族地區(qū)稀土資源的利用提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。③將TiO2的光催化性能與抗菌性結(jié)合，以抗菌性表征產(chǎn)品的光催化性能。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本文設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了鈰摻雜納米TiO2的最佳制備條件，系統(tǒng)地研究了不同條件對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)Ce3+摻雜納米TiO2的制備有一定的指導(dǎo)意義，在TiO2基光催化劑、抗菌劑的開發(fā)及應(yīng)用方面具有一定的意義，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝成熟后可在催化劑、陶瓷、涂料等方面得到廣泛應(yīng)用。

學(xué)術(shù)論文摘要

納米TiO2是一種重要的半導(dǎo)體光催化材料，具有無毒、安全、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，在高新技術(shù)材料領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。本文以鈦酸四正丁酯為前驅(qū)，稀土Ce3+為摻雜元素，采用溶膠-凝膠法制備了稀土Ce3+摻雜納米TiO2（納米Ce/TiO2），得到一系列納米級(jí)的銳鈦礦Ce/TiO2粉體。通過XRD、BET、SEM等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，借助于L9(34)正交實(shí)驗(yàn)研究了不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)納米Ce/TiO2的晶型、晶粒尺寸、比表面積及表面形貌等結(jié)構(gòu)特征的影響，優(yōu)化了納米Ce/TiO2的制備條件，為超聲波輻射45min，稀土元素Ce3+摻雜比為0.3%，500℃燒結(jié)0.5h。最佳條件納米Ce/TiO2為銳鈦礦，具有晶粒小（19.95nm）、比表面積大（43.302m2?g-1）的特點(diǎn)。初步研究了Ce/TiO2的光催化抗菌性能，表明Ce3+摻雜能夠改善納米TiO2的光催化抗菌性能。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

納米TiO2因具有粒徑小、比表面積大、表面晶格缺陷度大、表面能高、光催化性能高高的特點(diǎn)，逐漸成為半導(dǎo)體光催化材料中的研究熱點(diǎn)，在很多領(lǐng)域，如光催化材料/抗菌材料、有機(jī)污染物降解等，具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。 然而，純納米TiO2存在光催化劑載流子復(fù)合率高、量子產(chǎn)率低、吸收光源主要在紫外區(qū)(λ≤387nm)、對(duì)可見光的利用率較低等缺陷，限制了TiO2的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。為了提高其光催化活性和對(duì)可見光的利用率，許多研究者對(duì)納米TiO2進(jìn)行摻雜改性研究。納米TiO2改性方法有稀土離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、表面光敏化和表面螯合及衍生作用等。眾多的改性方法中，稀土離子摻雜是最常被采用且有效顯著。稀土離子摻雜能夠抑制電子與空穴的復(fù)合，且是TiO2的吸收帶紅移，提高光催化活性，擴(kuò)展納米TiO2的應(yīng)用領(lǐng)域。 目前關(guān)于稀土摻雜納米TiO2的制備及催化性能研究較多，尤其在有機(jī)污染物的降解方面，在抗菌材料領(lǐng)域也有研究，但相對(duì)較少。已有關(guān)于各種因素影響稀土摻雜納米TiO2結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，如合成方法、稀土摻雜量、pH值、抑制劑的種類和濃度、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間等。但已有的文獻(xiàn)大多通過控制變量法研究某單一因素對(duì)產(chǎn)品的影響。例如，控制其它實(shí)驗(yàn)條件相同，設(shè)置一系列溫度梯度，研究溫度對(duì)稀土摻雜納米TiO2結(jié)構(gòu)或性能的影響。而采用正交法進(jìn)行系統(tǒng)性研究的文獻(xiàn)極少，關(guān)于不同因素之間影響的主次關(guān)系的研究也鮮見報(bào)道，不利于在實(shí)際生產(chǎn)中把握主要影響的因素。 稀土元素在納米TiO2中的分散程度對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及性能也會(huì)有很大的影響，因而在一些研究中采用超聲波技術(shù)促進(jìn)稀土元素在溶膠中的分散。超聲波輻射在加快稀土元素的分散的同時(shí)，還能夠抑制納米TiO2晶粒的團(tuán)聚，因而超聲波輻射條件對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及性能會(huì)有一定的影響。然而關(guān)于超聲波輻射的強(qiáng)度、頻率、時(shí)間等因素對(duì)鈰摻雜的TiO2（ Ce/TiO2）結(jié)構(gòu)及性能的影響方面的研究卻鮮有報(bào)道。 本文將統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，通過正交法系統(tǒng)地研究了超聲波輻射時(shí)間、Ce3+摻雜量、燒結(jié)溫度和時(shí)間對(duì)Ce3+摻雜納米TiO2（ Ce/TiO2）結(jié)構(gòu)及性能的影響，優(yōu)化了制備條件，確定各影響因素的主次關(guān)系。選擇鈰為摻雜元素，為民族地區(qū)稀土資源的開發(fā)及利用提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。將TiO2的光催化性能與抗菌性結(jié)合，以抗菌性表征產(chǎn)品的光催化性能。
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