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纳米钛酸锌粉体的沉淀法制备与性能研究

李哲

   钛酸锌在高温脱硫吸附剂、烷烃脱氢催化剂、微波介电陶瓷及光致发光材料等领域具有重要的应用潜力,近年来备受国内外材料学界的关注。本文通过综述大量文献,认为ZnO-TiO_2体系共有三种结构的钛酸锌化合物,分别是:正钛酸锌(Zn_2TiO_4)、六方偏钛酸锌(hexagonal ZnTiO_3)和立方偏钛酸锌(cubic ZnTiO_3)。其中Zn_2TiO_4为热力学最稳定相,容易制备;而ZnTiO_3很难合成得到纯相,目前报导的制备工艺主要是溶胶-凝胶法。本文以工业偏钛酸,硫酸锌为原料,采用沉淀法制备纳米钛酸锌粉体,并研究其应用性能。 本文首次报道了纳米Zn_2TiO_4粉体优异的广谱抗紫外性能。采用紫外分光光度法研究了纳米Zn_2TiO_4粉体的抗紫外性能,探讨了Zn/Ti摩尔比、煅烧温度以及粉体粒径对紫外屏蔽性能的影响,并进一步分析了纳米Zn_2TiO_4粉体屏蔽紫外线机理。沉淀溶出法制备粉体的较佳工艺条件:Zn/Ti摩尔比为2:1、3:1、5:1,在600℃~900℃温度范围内煅烧2h,均可制得Zn_2TiO_4粉体;当Zn/Ti摩尔比为5:1,前驱体于800℃下煅烧2h时,得到的纳米Zn_2TiO_4粉体,晶型发育完整,D_(50)=78nm,在整个紫外线波段都能屏蔽97%以上的紫外线。纳米Zn_2TiO_4粉体作为宽频带强吸收紫外屏蔽剂,在化妆品、涂料等领域具有良好的应用前景。 以沉淀法工艺制备了纳米ZnTiO_3粉体,并结合差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多种测试手段进行表征,研究ZnTiO_3相的形成与转变的规律。实验结果表明:Zn/Ti摩尔比取1:1,以Na_2CO_3作沉淀剂,沉淀前驱体在600℃下煅烧3h可制得纯立方相纳米ZnTiO_3粉体,粒径约为60~130nm;沉淀剂和热处理温度直接影响产物成分,立方ZnTiO_3在高温下向六方相ZnTiO_3转变,并进一步分解为Zn_2TiO_4和金红石型TiO_2。该制备技术工艺简单,成本低廉,易于实现工业化生产。 针对染料废水造成的严重环境污染问题,本文初步探讨了纳米钛酸锌的光催化降解与对染料溶液的吸附性能。实验结果表明:在紫外灯长时间照射下,立方相纳米ZnTiO_3及纳米Zn_2TiO_4都具有一定的光催化性能;随光照时间的延长和粉体煅烧温度的降低,甲基橙溶液的降解率增大,光照10小时,立方纳米ZnTiO_3对甲基橙溶液降解率为61.2%;纳米ZnTiO_3对不同颜色染料具有良好的吸附性能;随着粉体用量的增加吸附效果显著增加,在50mL浓度为20mg/L的活性蓝溶液中,加入粉体量超过800mg时,可使活性蓝染料溶液的脱色率达到90%以上;在强酸性环境中,钛酸锌的吸附性能会显著提高。凭借其光催化和吸附性能,利用纳米钛酸锌处理染料废水,可望具有一定的应用价值。……   
[关键词]:钛酸锌;纳米粉体;沉淀法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:四川大学2007年