聚合物前驱法制备tio2纤维及其应用研究【字数：10975】
二氧化钛纤维具有化学稳定性高，耐腐蚀性强、催化性能较好等特点，因而受到广泛关注。本论文使用钛酸四丁酯、乙酰丙酮及改变不同水量来制备含钛的聚合物前驱体，然后采用静电纺丝法制备纳米TiO2/PVP复合纤维，在电纺电压为13kv，接收距离为15cm的条件下进行静电纺丝，复合纤维经过预处理后进行热处理，得到所需纤维。利用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱分析、X射线衍射分析（XRD）对纤维进行表征。通过对甲基橙溶液的光降解研究表明，制得的TiO2纤维具有良好的光催化性能，前驱体中含有的不同水量对TiO2纤维的光催化性能有一定的影响，但是水量较多时，也会降低TiO2光降解效果。
目录
第一章 前言 1
1.1TiO2概述 1
1.1.1TiO2简介 1
1.1.2TiO2的晶型结构 1
1.2纳米TiO2纤维的制备方法 2
1.2.1溶胶凝胶法 2
1.2.2水热法 2
1.2.3钛酸盐晶须脱碱法 2
1.2.4静电纺丝法 3
1.3TiO2的光催化研究 3
1.3.1TiO2光催化技术的发展与前景 3
1.3.2TiO2光催化原理 3
1.3.3TiO2光催化技术的应用 5
1.3.3.1水处理 5
1.3.3.2空气净化 5
1.3.3.3杀菌消毒 6
1.4本实验研究的目的和内容 7
第二章 实验过程 8
2.1实验材料 8
2.2实验仪器 8
2.3实验操作 8
2.3.1前驱体的制备 8
2.3.2纺丝液的制备 9
2.3.3静电纺丝制备PVP/TiO2纤维 9
2.3.4表征方法 9
2.3.5 TiO2纤维光催化性能的测试 10
第三章 结果与讨论 11
3.1红外光谱仪分析 11
3.2 XRD物相分析 13
3.3 SEM形貌分析 14
3.4光催化性能分析 15
第四章 结论 25
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参考文献 26
致谢 28
第一章 前言
1.1TiO2概述
1.1.1TiO2简介
TiO2是一种广泛应用的多功能材料，其熔点非常高，能够被用来制作耐火玻璃，耐高温的实验器皿等；TiO2具有良好的抵挡紫外线作用，我们平时所用的防晒霜中就含有TiO2粉末；TiO2稳定性高，不易被氧化，可以用来制备白色油漆，具备的遮盖能力较好；同时TiO2的价格低廉，无毒无污染，是作为光催化剂很好的选择，并且TiO2光催化技术已经应用于污水处理、环境保护、杀菌消毒等领域，处于不断发展的阶段。
1.1.2TiO2的晶型结构
TiO2具有三种晶型，包括锐钛矿型、金红石型和板钛矿型[1]，其中板钛矿型没有光催化性能以及稳定性最差，几乎没有得以应用，然而锐钛矿型和金红石型都具有光催化性能，相比之下，锐钛矿型的TiO2光催化性能最好，金红石型的TiO2稳定性最好[25]。锐钛矿型和金红石型的晶体结构示意图如图11所示。
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图11TiO2晶型示意图
金红石型则是三种晶型中最稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛矿型一般在500℃左右时则会转变为金红石型。锐钛矿型和金红石型的TiO2都属于四方晶系，两种晶型的结构都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子被6个O原子包围且都位于八面体的中心。金红石型的八面体不规则，斜方畸变程度比较轻微，每个八面体与周围10个八面体相互联接，而锐钛矿型的八面体表现出的斜方晶畸变十分显著，每个八面体与周围8个八面体相联，锐钛矿型的对称性比金红石型低[67]。锐钛矿型TiO2每个晶胞由4个TiO2分子组成，而金红石型每个晶胞则由2个TiO2分子组成，且金红石型TiTi键长比锐钛矿小，而TiO键长则比锐钛矿型长。上述这些差异进而导致了这两种晶型的TiO2物理化学性质的不同。
1.2纳米TiO2纤维的制备方法
1.2.1溶胶凝胶法
溶胶凝胶法[8]一般以钛的无机盐类和钛醇盐为钛源，加水分解后通过缩聚反应制备成前驱体溶胶，再通过加热的方法将溶剂去除，进而溶胶可以转变为具有网状结构的氧化物凝胶，最后制得TiO2纤维。
和水热法、沉淀法、溶剂热法等其他制备方法比较，溶胶凝胶法操作简便、而且可以直接在低温的条件下制备出高钛含量的TiO2纤维，同时，纺丝得到的TiO2纤维致密性好，韧性强，结构也比较完整。由于上述优势，目前溶胶凝胶法已经成为大规模制备TiO2纤维的理想方法，具有良好的应用前景。
溶胶凝胶法制备聚合物纳米纤维出现了一种新方法——离心纺丝法，和静电纺丝法及其他方法相比，该方法简单高效、节能环保、对纺丝液的要求较少、制作成本较低，因此有很大的发展前景，成为越来越多的研究者所选择的制备方法。离心纺丝法的原理是借助储液装置高速转动所产生的离心力将纺丝液从容器中喷射出来，喷射出来的前驱体溶液由于大粘度和快速挥发的特点，从而形成纤维。
1.2.2水热法
水热法[9]是将一定形式的前驱物置于高压釜内，以水作为溶剂，在高温度、高压力的条件下进行水热反应，使微溶或不溶于水的物质得以溶解又能重新结晶，再经过分离、洗涤、干燥等过程后获得产品的制备方法。水热法通常用于制备TiO2纳米纤维或是TiO2晶须，而且制备得到的纤维晶型好，粒度小，分布均匀不易团聚，凭借这些独特的优势使得水热法日益引起广泛的关注。但是，水热法的产率低，产品纯度不高，关于影响晶核形成和晶体生长的因素有很多方面有待深入研究，还没有得出明确的结论。水热法需要的反应条件要求高，因而其对生产设备的选择比较严格，这也成为了水热法的推广和使用的一大难题。
目录
第一章 前言 1
1.1TiO2概述 1
1.1.1TiO2简介 1
1.1.2TiO2的晶型结构 1
1.2纳米TiO2纤维的制备方法 2
1.2.1溶胶凝胶法 2
1.2.2水热法 2
1.2.3钛酸盐晶须脱碱法 2
1.2.4静电纺丝法 3
1.3TiO2的光催化研究 3
1.3.1TiO2光催化技术的发展与前景 3
1.3.2TiO2光催化原理 3
1.3.3TiO2光催化技术的应用 5
1.3.3.1水处理 5
1.3.3.2空气净化 5
1.3.3.3杀菌消毒 6
1.4本实验研究的目的和内容 7
第二章 实验过程 8
2.1实验材料 8
2.2实验仪器 8
2.3实验操作 8
2.3.1前驱体的制备 8
2.3.2纺丝液的制备 9
2.3.3静电纺丝制备PVP/TiO2纤维 9
2.3.4表征方法 9
2.3.5 TiO2纤维光催化性能的测试 10
第三章 结果与讨论 11
3.1红外光谱仪分析 11
3.2 XRD物相分析 13
3.3 SEM形貌分析 14
3.4光催化性能分析 15
第四章 结论 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
参考文献 26
致谢 28
第一章 前言
1.1TiO2概述
1.1.1TiO2简介
TiO2是一种广泛应用的多功能材料，其熔点非常高，能够被用来制作耐火玻璃，耐高温的实验器皿等；TiO2具有良好的抵挡紫外线作用，我们平时所用的防晒霜中就含有TiO2粉末；TiO2稳定性高，不易被氧化，可以用来制备白色油漆，具备的遮盖能力较好；同时TiO2的价格低廉，无毒无污染，是作为光催化剂很好的选择，并且TiO2光催化技术已经应用于污水处理、环境保护、杀菌消毒等领域，处于不断发展的阶段。
1.1.2TiO2的晶型结构
TiO2具有三种晶型，包括锐钛矿型、金红石型和板钛矿型[1]，其中板钛矿型没有光催化性能以及稳定性最差，几乎没有得以应用，然而锐钛矿型和金红石型都具有光催化性能，相比之下，锐钛矿型的TiO2光催化性能最好，金红石型的TiO2稳定性最好[25]。锐钛矿型和金红石型的晶体结构示意图如图11所示。
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图11TiO2晶型示意图
金红石型则是三种晶型中最稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛矿型一般在500℃左右时则会转变为金红石型。锐钛矿型和金红石型的TiO2都属于四方晶系，两种晶型的结构都是由相互连接的TiO6八面体组成的，每个Ti原子被6个O原子包围且都位于八面体的中心。金红石型的八面体不规则，斜方畸变程度比较轻微，每个八面体与周围10个八面体相互联接，而锐钛矿型的八面体表现出的斜方晶畸变十分显著，每个八面体与周围8个八面体相联，锐钛矿型的对称性比金红石型低[67]。锐钛矿型TiO2每个晶胞由4个TiO2分子组成，而金红石型每个晶胞则由2个TiO2分子组成，且金红石型TiTi键长比锐钛矿小，而TiO键长则比锐钛矿型长。上述这些差异进而导致了这两种晶型的TiO2物理化学性质的不同。
1.2纳米TiO2纤维的制备方法
1.2.1溶胶凝胶法
溶胶凝胶法[8]一般以钛的无机盐类和钛醇盐为钛源，加水分解后通过缩聚反应制备成前驱体溶胶，再通过加热的方法将溶剂去除，进而溶胶可以转变为具有网状结构的氧化物凝胶，最后制得TiO2纤维。
和水热法、沉淀法、溶剂热法等其他制备方法比较，溶胶凝胶法操作简便、而且可以直接在低温的条件下制备出高钛含量的TiO2纤维，同时，纺丝得到的TiO2纤维致密性好，韧性强，结构也比较完整。由于上述优势，目前溶胶凝胶法已经成为大规模制备TiO2纤维的理想方法，具有良好的应用前景。
溶胶凝胶法制备聚合物纳米纤维出现了一种新方法——离心纺丝法，和静电纺丝法及其他方法相比，该方法简单高效、节能环保、对纺丝液的要求较少、制作成本较低，因此有很大的发展前景，成为越来越多的研究者所选择的制备方法。离心纺丝法的原理是借助储液装置高速转动所产生的离心力将纺丝液从容器中喷射出来，喷射出来的前驱体溶液由于大粘度和快速挥发的特点，从而形成纤维。
1.2.2水热法
水热法[9]是将一定形式的前驱物置于高压釜内，以水作为溶剂，在高温度、高压力的条件下进行水热反应，使微溶或不溶于水的物质得以溶解又能重新结晶，再经过分离、洗涤、干燥等过程后获得产品的制备方法。水热法通常用于制备TiO2纳米纤维或是TiO2晶须，而且制备得到的纤维晶型好，粒度小，分布均匀不易团聚，凭借这些独特的优势使得水热法日益引起广泛的关注。但是，水热法的产率低，产品纯度不高，关于影响晶核形成和晶体生长的因素有很多方面有待深入研究，还没有得出明确的结论。水热法需要的反应条件要求高，因而其对生产设备的选择比较严格，这也成为了水热法的推广和使用的一大难题。
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