离子液体与表面活性剂联合调控制备TiO2/蒙脱石介孔复合光催化材料及其性能研究
近年来，药品及个人护理品(PPCPs)作为一种新兴污染物，引起了社会各界的广泛关注。研究发现，传统污水处理工艺对PPCPs的去除效果具有选择性，而光催化等高级氧化技术更加广谱、高效，是PPCPs降解技术中的一个研究热点。
TiO2是一种重要的光催化剂，具有较强的光催化活性。但是，TiO2在水中容易发生团聚，导致光催化效率降低且难以分离回收。研究发现，将纳米TiO2固定在蒙脱石等粘土材料上可以解决光催化剂的团聚问题。传统的纳米TiO2/蒙脱石复合材料通过离子交换反应将钛的水合阳离子[TiO(OH)x]mn+引入蒙脱石层间合成得到钛柱撑蒙脱石，层间的TiO2晶体生长受限，粒度过小且结晶度较低，光催化活性较差。
因此，本实验提出一种新的方法将纳米TiO2分散固定在蒙脱石的表面上，并利用表面活性物质对纳米TiO2结晶和固定化过程进行调控。首先，以TTIP作为钛源，使用疏水性离子液体[Bmim][PF6]辅助非离子型表面活性剂吐温80合成得到介孔纳米TiO2溶胶，利用离子液体与吐温80组装形成的复合胶束，引导TiO2晶体网络结构的有序生长，提高结晶度。将合成得到的TiO2溶胶用乙醇稀释后加入到蒙脱石水悬浮液中反应得到纳米TiO2/蒙脱石复合材料。过程中，离子液体通过阳离子交换反应进入蒙脱石层间，使得蒙脱石表面由亲水变为疏水;吐温80利用其两亲结构，经自组装过程将TiO2固定在蒙脱石表面。合成得到的复合材料在煅烧前具有一定的结晶度(锐钛矿晶体粒径3.1nm)和有序的介孔结构(平均孔径3.841nm)。煅烧过程中，由于离子液体提高了材料结构的热稳定性，在一定程度上抑制了晶体粒径的过度增加（锐钛矿晶体粒径6.1nm），防止了介孔结构的坍塌(平均孔径4.806nm)，控制了TiO2锐钛矿晶型向金红石晶型的转变（转变温度升高至800℃）。
将合成得到的纳米TiO2/蒙脱石复合材料用于降解水中的苯扎贝特(一种典型的PPCPs)，考察了复合材料的吸附和光催化性能。结果表明，实验合成的钛改性蒙脱石对苯扎贝特有明显的降解效果，最高去除率达到99.5％，较商业用的氧化钛P25高。
离子液体;表面活性剂;TiO2/蒙脱石介孔复合材料;制备方法;光催化材料;光催化性能;吸附性能;污水处理
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
余江
2013
中文
X703.5
100
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）