二氧化钛的表面改性和复合改性及其在水处理中的应用研究

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1、硕士学位论文二氧化钛的表面改性和复合改性及其在水处理中的应用研究作者姓名魏秋实学科专业高分子化学与物理指导教师丁恩勇教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月SurfacemodificationandcompositemodificationoftitaniumdioxideanditsapplicationinwatertreatmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WeiQiushiSupervisor：Prof.DingEnyong

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要现代污染除空气污染、土壤污染之外，最难以处理的当属水污染。水污染主要分两种：有机污染和无机污染。有机污染包括细菌污染以及有机染料等，无机污染主要指重金属离子污染。二氧化钛（TiO2）是一种由紫外光激发的性能优异的光催化剂，但是可以通过与其他材料复合使其在可见光下也具备光催化活性，以此拓宽其在光催化降解污染物的应用范围。而对于吸附重金属离子，可通过制备介孔TiO2进行吸附。这两种手段极大扩展了TiO2的水处理性能。本文基于水污染的现

3、状，并结合TiO2在处理水污染方面优异的性能，从以下三方面对TiO2进行了复合改性和表面改性：首先，通过高压均质法（HPH）剥离石墨粉并结合水热法沉积TiO2的方法成功制备出介孔花状TiO2/纳米石墨片（GNS）复合材料（TGNS）。机理上，HPH法制备出的GNS仅有边缘缺陷而无表面缺陷，TiO2以此缺陷的边缘为起点，后均匀分布在GNS表面。因TiO2和GNS之间的强化学键，复合材料均一性好。光催化性能方面，GNS含量提高能增加TGNS复合材料在可见光区的吸收。与纯P25相比，花状TiO2所带来的比表面积增加提高了TGNS复合

4、材料光催化性能。且制备TGNS复合材料的手段也可应用于在其他二维材料上负载TiO2。其次，采用水热法及精确控制升温速度的高温煅烧法成功制备了纳米TiO2(B)颗粒，并证实TiO2(B)的表面缺陷更有利于提高复合材料可见光吸收效率。此外，TiO2(B)在与材料复合的过程中同时进行插层，减少了二维材料的片层层数，同时又形成了BN/TiO2(B)（BT）、MoS2/TiO2(B)（MT）及WS2/TiO2(B)（WT）复合材料。光催化性能方面，复合材料的光催化作用的稳定性和效果的强弱顺序相反，前者为：WT＜MT＜BT复合材料，后者为

5、：WT＞MT＞BT复合材料。最后，通过氨水为溶剂的低温水热法制备了介孔TiO2(B)负载3D光敏树脂骨架材料（3-TBD）。因光照并非处理重金属离子的关键而是介孔结构，故该材料无需光处理即可进行吸附。将其应用于处理模拟重金属离子污染废水（Pb2+，Cd2+，Zn2+，Cu2+）取得了较好效果。重金属离子初始浓度、种类及处理时间是影响处理效果的重要因素，基本吸附效果顺序为：Pb2+＞Cd2+＞Zn2+≈Cu2+。3-TBD具备高回收性，用后仅需取出即可回收。但因树脂材料为基底，最高使用温度不宜超过45oC。关键词：二氧化钛；高压

6、均质；纳米石墨片；B型二氧化钛（TiO2(B)）；二维材料；3D打印；复合材料IAbstractApartfromairpollution,soilpollution,themostintricatepollutioniswaterpollution.Waterpollutioncanbemainlydividedintotwoaspects:organicandinorganicpollution.Organicpollutantsincludebacteria,organicdyes,etc.,whileinorganic

7、pollutantsmainlyrefertoheavymetalions.Titaniumdioxide(TiO2)isanexcellentphotocatalystunderultravioletlightexcitation,itsphotocatalyticactivitycanbetrasferedtovisiblelightregionbycompoundingwithothermaterials,whichcanbroadenitsphotocatalyticapplication.Asforadsorbing

8、heavymetalions,mesoporousTiO2particlescanadsorbtheminwater.ThesetwomethodslargelyexpandtheperformanceofTiO2indealingwithwaterpollution.Bas