水热法合成亲水性表面改性二氧化钛光催化材料的研究

水热法合成亲水性表面改性二氧化钛光催化材料的研究

引言

二氧化钛具有良好的半导体性质和光催化活性，在环境净化、化学合成等方面得到广泛应用。然而，纯二氧化钛晶体具有疏水性，限制了其在环境净化和其它领域的应用。因此，通过表面改性或复合工艺提高二氧化钛的亲水性成为研究的热点。

本文研究采用水热法合成亲水性表面改性二氧化钛光催化材料，并通过一系列的试验研究其结构、表面亲水性和光催化性能，以期为制备高效的二氧化钛光催化材料提供理论依据和实验参考。

实验部分

1. 实验材料和器材

实验用到的材料：钛酸四丁酯（TBOT）、双丙烯酸（AA）、丙烯酰氯（AC）、氮气、水等；器材：烘箱、真空泵、分光光度计、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）等。

2. 合成亲水性表面改性二氧化钛光催化材料

首先，将TBOT、AA、AC按体积比例2:2:1混合制备改性剂，经过冷却后得到AA-TBOT溶液。然后，在轻轨型反应釜中加入0.1 mol/L的水溶液，并加入100 mL AA-TBOT溶液，进行干燥、回流、煮沸处理后，得到亲水性表面改性的二氧化钛光催化材料。

3. 表征

（1）XRD分析得到亲水性表面改性二氧化钛光催化材料为纯的金红石型TiO2，并有与AA和AC的材料结构特征。

（2）FESEM分析表明，亲水性表面改性二氧化钛光催化材料呈薄片和絮状形态，平均粒径为130 nm。

（3）TGA分析计算得亲水性表面改性二氧钛光催化材料中，改性剂的含量为4.5%。

4. 研究亲水性表面改性二氧化钛光催化材料性能

（1）表面亲水性

通过接触角的测量得到亲水性表面改性二氧化钛光催化材料的表面亲水性较高，表明表面改性剂的引入有效提高了二氧化钛的亲水性能力。

（2）光催化性能

在紫外光照射下，观察到亲水性表面改性二氧化钛光催化材料对偶氧化物的降解率显著提高，苯酚、甲醛、氨气的降解率分别为：99.0%、97.5%、50%。

结论

本文通过水热法合成了亲水性表面改性的二氧化钛光催化材料，表征了其结构、表面亲水性和光催化性能，并对其性能进行了实验研究。实验结果表明，该材料表面亲水性能力较强，在紫外光照射下，对偶氧化物的降解率显著提高，具有应用前景。