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图2不同热处理温度及时间对TiO2光催化效率的影响

 

由图2可看到，当反应温度为100℃，反应时间为6h时制备的纳米光触媒乳液的光催化性能最好。而反应温度为70℃，反应时间为6h下制备的纳米光触媒乳液基本无光催化性能。热处理温度在90℃以下或热处理时间在4h以下，不能获得含有锐钛矿结构的TiO2乳液。另外，温度在150℃以上的热处理，反应速度会加快，难以从氧化钛酸变性为锐钛二氧化钛的速度，还需要在高压下处理的设备，给制造过程带来了不便。如果热处理的时间超过了20h，过氧化基(即络合基)会发生分解，从而使锐钛矿型的微粒子发生凝聚，失去效果。经多次试验得出：在90～100℃水浴条件反应6h时产物的效果最好。

2.4稳定剂对合成纳米二氧化钛的影响

由于氢氧化钛是一种不稳定的物质，所以在纳米TiO2溶液制造过程中，必须加入少量的作为分散稳定剂的有机酸，如柠檬酸等。另外，这些少量稳定剂在溶液中与氢氧化钛反应，形成环状的缩聚合阴离子，以保证在以后的反应中，溶液自身不会发生其他的物理与化学的变性。而且使用了稳定剂以后，制成的产物分散性较好，对于溶液pH值的抵抗力变大了，这是因为作为稳定剂的酸，在氧化钛粒子表面形成了非常强的配位吸着力。但如果加入稳定剂的量过多，经过反应，在溶液中容易产生不溶性的粉状固体，并且溶液不透明。

2.5纳米光触媒的表征

用透射电镜可观察纳米粒子平均粒径或粒径的分布，图3为纳米光触媒乳液的TEM图。
 

图3纳米光触媒乳液的TEM图
 

从图3可见，该溶液分散良好性，富含纳米TiO2微粒及成膜剂的乳胶粒，它们以纳米尺度的颗粒和结构均匀分布在喷液中，相互之间起到相互促进的协同作用，从而大大提高了光催化效应的发挥。乳液中纳米颗粒的粒径分布大多处在8～20nm范围之内，无团聚。粒径越小，光催化剂的比表面积越大，单位面积上发生反应的几率增大，越有利于提高光催化效率。

图4为所制造的纳米光触媒乳液中纳米二氧化钛的XRD图。

 

图4纳米TiO2的XRD图
 

从图4可以分析得到，所有的衍射峰都可以标成面心四方锐钛型二氧化钛的(101)、(004)、(200)、(211)、(204)、(220)、(215)晶面衍射峰。通过计算，其晶胞参数a=b=3.777A″，c=9.501A″，α=β=γ=90°。这与标准XRD的JCPDS卡片(No.89-4921)标准数据完全吻合，表明所制备的物质为纯的面心四方锐钛型的TiO2。纳米粒子的粒径可以根据谢乐公式(Scherrer)进行计算：粒径r=(0.89×1.5406A″)/(1.546×cos25.6°/2)=5.23nm。由此可知纳米光触媒乳液中TiO2晶粒尺寸较小。

3.结语

以硫酸氧钛为原料通过常温水解沉淀后进行热处理法制备了纳米光触媒乳液，制得的纳米光触媒乳液的pH值为7左右，在常温下，即使长时间保存也不会发生物理及化学变性。制得的纳米光触媒乳液中二氧化钛粒子在常温下一般不会发生团聚，有着良好的粘合性和成膜性。纳米颗粒的平均粒径为10nm。根据Scherrer方程计算得到晶粒尺寸为5.23nm，X射线衍射结果表明：纳米光触媒乳液中纳米TiO2颗粒晶体结构为锐钛型。在光催化活性评价中，进行了亚甲基蓝与甲醛的光催化降解实验，考察了水解环境pH值、稳定剂、过氧化氢、热处理温度及热处理时间等条件对TiO2溶液光催化性能的影响。当水解pH值=8，稳定剂为柠檬酸，热处理温度为100℃，热处理时间6h可以获得高催化活性的纳米光触媒乳液。