Cu/Ag掺杂TiO_2包覆SiO_2纳米复合材料的结构与光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备包覆层厚度约为12 nm的高分散性TiO_2包覆SiO_2(TCS)复合粉末。在此基础上,合成光催化效率显著提高的Cu和Ag掺杂TCS光催化剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计和光催化降解甲基橙测试等,系统研究包覆和掺杂对TiO_2结构及光催化活性的影响规律和相关作用机制。结果表明,TiO_2与SiO_2的界面可能以Ti—O—Si化学键联结,并通过影响TiO_2的结晶过程而抑制TiO_2晶粒的长大。通过控制实验条件得到了性能优异的Cu_2O-TiO_2-SiO_2复合粉末,Cu掺杂的作用机制可理解为Cu_2O半导体对TiO_2的修饰,光催化活性的提高与氧空位和Cu_2O有关。相比较,Ag掺杂对TiO_2的禁带宽度影响不大,但吸光强度有较大提高。当Ag掺杂量为1.0%时,光催化降解甲基橙效率达到95.7%。     

825合金抽锭式快速电渣重熔锭表面质量和Ti烧损的控制

825高温合金325 mm×280 mm电极(/%:〈0.01C,0.21Si,0.40Mn,0.020P,0.003S,22.5Cr,39.1Ni,3.0Mo,2.1Cu,1.17Ti,0.17Al)经气体保护抽锭式快速电渣重熔成160 mm×160mm 1.8t电渣锭。试验研究了CaF_2-CaO-Al_2O_3基础渣加TiO_2,TiO_2-MgO或TiO_2-SiO_2以及熔速(300~500 kg/h)对825合金重熔锭表面质量和Ti烧损的影响。结果表明,渣中含少量SiO_2的CaF_2-CaO-Al_2O_3-TiO_2-SiO_2五元渣系,重熔速率为400 kg/h时,可以明显改善825合金电渣锭的表面质量,同时可以抑制Ti的烧损。     

溶胶凝胶法制备TiO_2–SiO_2复合薄膜及特性表征

以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶–凝胶法制备TiO_2–SiO_2复合薄膜,通过热重分析、X射线衍射、红外光谱、原子力显微镜和接触角测试等方法对样品进行表征。结果表明,TiO_2–SiO_2复合薄膜中存在Ti–O–Si化学键,薄膜具有较好的热稳定性,内部结构均匀且具有较高的孔隙率,平均孔径为50.2 nm;加入SiO_2使复合膜表面酸性提高从而吸附更多的羟基,表现出更强的亲水性能;当TiO_2:SiO_2=3:2(摩尔比)时,复合膜表面亲水性能良好。     

SiO2对TiO2还原的抑制作用

实验表明,在渣-铁还原反应前、后期中,随(SiO_2)的增加,SiO_2对TiO_2还原都有抑制作用,特别是还原前期,当渣中SiO_2>30％,抑制作用更显著,但其抑制程度不如FeO,MnO。在渣-石墨还原反应中(无铁液存在),SiO_2对TiO_2还原抑制不明显.Ti还原前,后期的活化能分别为_(Ti)~1=231.8kJ/mol和E_(Ti)~2=339.9kJ/mol。     

NO催化氧化用CeO_2/SiO_2复合氧化物研究

以正硅酸乙酯为硅源,Ce(NO_3)_3·6H_2O为铈源,通过溶胶-凝胶一步法合成CeO_2/SiO_2纳米复合氧化物。通过N2-吸脱附、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、化学吸附仪等技术对复合氧化物的物相结构、形貌、尺寸、化学价态、氧化还原特性进行分析。结果表明,通过该合成方法可获得高分散、球状、孔隙发达的CeO_2/SiO_2复合氧化物;复合氧化物粒径在40 nm~70 nm,CeO_2粒径尺寸在4 nm~6 nm之间;孔结构以中孔为主,优化了纯CeO_2和纯SiO_2的大孔结构;CeO_2与SiO_2间发生了显著的相互作用形成了化学键,有效提高了CeO_2的氧化还原特性。     

在还原条件下ti—Si—Ca—O系中的相关系和钛氧化物的硅热还原

研究了1300—1600℃温度间 Ti-Si-Ca-O 系的相关系。1300℃时 Ti-Si-O 亚系中 Ti_2O_3与 Ti_5Si_3和 SiO_2共存。硅化物Ti_5Si_4、TiSi、TiSi_2除了与金属硅之外,也和 SiO_2共存。1600℃时 Ti_5Si_3与 TiO+Ti_2O_3,Ti_2O_3+SiO_2,以及 SiO_2+Ti_5Si_4共存。具有40%(原子)Ti 的液态 Si-Ti 合金与 SiO_2共存。在 CaO-Ti_2O_3-SiO_2 亚系中有一种石榴石结构a=12.165±0.001的三元相 Ca_3Ti_2Si_3O_(12),还有二元化合物 Ca_2Ti_2O_5与 Ca_8Ti_6O_(17),发现后面这两种化合物是CaTiO_(1+x)和 Ca_4Ti_3O_(4+3x)固溶系组成部分,其中前者具有钙钛矿结构。发现在 CaO-Ti_2O_3—SiO_2系中能与所有三相组合物平衡的金属相是 Si 含量仅小量变化的化合物 Ti_5Si_3(熔点=2125℃).为了在1600℃时由硅热还原钛的氧化物得到液态金属和渣,必须用过量的 Si 来获得40%原子(52重量%)Ti(或低于此)的硅钛合金。     

气相爆轰合成纳米TiO_2粉末的实验研究

以H_2/Air预混气体为爆炸源,在自制爆炸反应管中通过气相爆轰制备纳米TiO_2粉末。探讨了不同初始条件(初始温度25~200℃;H_2/Air混合比0.2~0.8)下管内爆轰压力的变化规律,同时借助XRD和TEM对不同初始温度下爆轰合成及高温煅烧的纳米TiO_2粉末的晶粒尺寸、晶相成分、形貌特征等进行表征。结果表明:以化学当量比预混的H_2/Air为爆炸源时,管末端的爆压最大;随着H_2含量的增加,管末端的爆压最终提高了39.03%,且增长速率先增后减;初始温度的上升使管末端的爆压最终降低了36.86%。气相爆轰合成的纳米TiO_2粉末(锐钛矿和金红石混晶),其晶粒尺寸随初始温度的升高先增后减,且其锐钛矿相含量逐渐减少;爆轰产物在高温煅烧过程中,锐钛矿相向金红石相转变的相变温度在700~900℃左右,且产物晶粒尺寸随煅烧温度的上升而逐渐增加。     

纳米晶体TiO2的加工及其控制结晶

作为结构材料,晶粒度小于100nm的纳米晶体陶瓷显示出大有希望的前途;因此,人们都在致力于研究和改善能够批量生产纳米晶体氧化物粉末的化学沉淀技术。业已发现,在运用加水分解醇盐的方法生产纳米晶体二氧化钛(TiO_2)的特定情况下,乙醇剩余物只轻微地影响凝聚作用。 事实表明,利用钛醇盐加水分解工艺而合成TiO_2产生了一系列的钛基化合物,特殊的氧醇盐产物取决于在反应过程中存在的水与醇盐克分子比,Ti(OC_3H_7)_4转化成为TiO_2的全部反应过程是:     

可见光下掺N附Ag纳米TiO_2的光催化降解甲基橙

采用溶胶–凝胶法制备纯TiO_2和掺氮TiO_2纳米颗粒(N-TiO_2),然后通过光催化还原在其表面附Ag,得到表面附Ag的纳米TiO_2(即Ag/TiO_2)和掺N附Ag纳米TiO_2(即Ag/N-TiO_2),利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、光致发光光谱仪(photoluminescence spectroscopy,PL)、X射线光电子能谱(XPS)以及紫外可见漫反射光谱分析(UV-VIS DRS)对TiO_2及其掺杂改性后的组成和结构、光吸收性能以及可见光下对甲基橙溶液的光催化活性等进行表征。结果表明,所有样品均为锐钛矿型,Ag/TiO_2的平均晶粒度为20.4 nm;N以替代型N-Ti-O、间隙型Ti-O-N(或氧化态Ti-O-N-O)的形式存在于晶格中,银以Ag0形式附着在TiO_2表面;N掺杂抑制TiO_2晶粒的生长,并抑制光生电子与空穴的复合,从而促进TiO_2对可见光的吸收;表面附Ag对TiO_2晶格没有明显影响,但在450~580 nm可见光区产生强烈的表面等离子吸收带并延长至近红外区。TiO_2及其掺杂改性后对甲基橙的光催化效果为Ag/N-TiO_2Ag/TiO_2N-TiO_2TiO_2(或Degussa P25),Ag/N-TiO_2在可见光下对甲基橙(p H=3)进行光催化降解,150 min时降解率达到95%。     

论高钛型炉渣高炉冶炼中TiO2的属性

TiO_2属两性氧化物,在高炉渣中TiO_2显酸性,正常高炉冶炼行程其酸性系数必须大于0.60,其还原规律与SiO_2性质相近,在炉内发生渣-焦,渣-铁反应,生成Ti(CN),弥散在渣中,超过一定数量,引起钛渣变稠。随着渣中TiO_2含量增加,L_s下降,熔化性温度升高。因此对攀枝花钒钛磁铁精矿熔剂性的评价,不应忽略占造渣主成份46％的TiO_2,高钛型炉渣应以CaO,MgO,SiO_2,Al_2O_3,TiO_2元成分来衡量碱度。     

共沉淀法合成CeO2/γ-Al2O3复合纳米晶的研究

以Al(NO3)3·9H2O和Ce(NO3)3·6H2O为原料,氨水为pH值调节剂,并加入少量表面活性剂PEG4000,采用化学共沉淀法制备了前驱体,前驱体经高温热处理得到含25%(质量分数)CeO2的CeO2/γ-Al2O3复合纳米晶。通过正交试验,获得了共沉淀的优化条件:pH值为9～10,反应温度约30℃,反应时间为20min,表面活性剂用量为0.44%(质量分数),前驱体热处理温度800℃为宜。使用TG/DTA、XRD、BET、IR、纯度及化学成分分析等方法对CeO2/γ-Al2O3复合纳米晶的性能进行了表征。     

不同SiO_2含量对BaO-SrO-PbO-TiO_2-Nb_2O_5-SiO_2玻璃陶瓷介电性能的影响

通过熔融-快冷-可控结晶技术,成功制备出同时含有铌酸盐和钛酸盐陶瓷相的BaO-SrO-PbO-TiO_2-SiO_2-Nb_2O_5纳米复合介电材料,并研究了不同SiO_2含量对该玻璃陶瓷介电性能的影响。研究结果表明:800℃晶化处理后,玻璃基体中析出了Pb_2Nb_2O_7,(Ba,Sr,Pb)Nb_2O_6和(Sr,Pb)TiO_3 3种晶相;随着结晶温度升高,烧绿石结构的Pb_2Nb_2O_7相消失,在900℃和1000℃结晶处理的样品中,只析出(Ba,Sr,Pb)Nb_2O_6和(Sr,Pb)TiO_3两种晶相。另外, SiO_2含量的调整没有改变不同结晶温度下的析出陶瓷相种类。微观结构分析结果显示随着晶化温度的增加,晶粒尺寸在不断长大, 1000℃晶化处理后的晶粒尺寸增加非常明显,最大达到500 nm左右。通过对SiO_2玻璃相含量的调整获得了两种介电性能优异的玻璃陶瓷成分,在高介电常数方面, 2.5BaO-18.5SrO-8.5PbO-8TiO_2-16SiO_2-20Nb_2O_5玻璃陶瓷样品在1000℃结晶处理后得到1070的高介电常数,同时介电损耗维持在了0.0045的较低水平。在低介电损耗方面, 2.5BaO-18.5SrO-8.5PbO-8TiO_2-20SiO_2-20Nb_2O_5玻璃陶瓷样品在800℃晶化处理条件下实现了非常低的介电损耗,达到0.0008,介电常数保持在430,在脉冲功率技术领域展现出良好的应用前景。     

重金属离子掺杂TiO2光催化粉体的制备与研究

采用溶胶—凝胶法,以钛酸丁酯(C1_6H_(36)O_4Ti_4)为钛源,无水乙醇(C_2H_6O)为有机溶剂,制备了TiO_2粉体,随后进行重金属Cu和Ag掺杂研究。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等对产物进行了表征,分析了离子的不同掺杂量对TiO_2粉体晶型的影响。研究在紫外光(365 nm)照射下用合成的Cu/TiO_2和Ag/TiO_2催化降解亚甲基蓝的效果,分析了离子掺杂浓度对TiO_2粉体光催化性能的影响。     

时效转变与Ti/(Ti,Zr)2Si复合材料的制备

通过真空自耗电极炉熔炼得到硅锆比为1，2的Ti—Zr—Si合金材料，对合金材料进行了1200℃，3．5h的固溶处理和850℃不同时间的时效处理，通过时效析出反应制备Ti／(Ti，Zr）2Si复合材料。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、EDX分析了Ti—Zr—Si合金的铸造、固溶和不同时效阶段的显微组织及其相组成。分析结果表明，硅锆比为1／2(重量百分比)的Ti—Zr—Si合金，铸造组织为块状β—Ti、晶界由块状β—Ti和条状的5—3型硅化物组成；Ti—Zr—Si合金经过850℃，480min的时效处理，5—3型硅化物转变为2—1型硅化物；尺寸细小、分布均匀的2—1型硅化物使制备高性能的Ti／(Ti，Zr)2Si复合材料成为可能。     

水热法制备SiO_2/ZrSiO_4复合包覆型γ-Ce_2S_3色料的研究

采用氧氯化锆(ZrOCl_2·8H_2O)、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,以SiO_2包裹γ-Ce_2S_3(γ-Ce_2S_3@Si0_2)为呈色剂,通过复合包裹法制备了SiO_2/ZrSiO_4复合包覆型γ-Ce_2S_3(γ-Ce_2S_3@SiO_2/ZrSiO_4)。系统研究了水热温度、混合液pH值、聚乙烯吡络烷酮(PVP)的添加量及不同的n_(Cc)/n_(Zr)等对合成包裹色料的影响,得到了合成γ-Ce_2S_3@SiO_2/ZrSiO_4的最佳条件。研究发现,基于色料的发色以及温度稳定性能,当n_(Cc)/n_(Zr)=1,PVP添加量为γ-Ce_2S_3@SiO_2质量的20%时,调节混合液pH=9,经210℃水热反应12 h能够得到温度稳定性能较好的红色γ-Ce_2S_3@SiO_2/ZrSiO_4,其红度值(a~*)为26.73。透射电子显微镜(TEM)结果表明利用正硅酸乙酯(TEOS)水解合成出了核壳结构的γ-Ce_2S_3@SiO_2呈色剂,二次包裹后,在SiO_2表面形成了ZrSiO_4吸附层。通过差热-热重(DTA-TG)结果可知,γ-Ce_2S_3@SiO_2/ZrSi0_4相比γ-Ce_2S_3@Si0_2,其温度稳定性能提升了147℃。     

Al_2O_3预包覆尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

将Li2CO3和电解二氧化锰混合球磨,得到尖晶石(LiMn2O4,简称为LMO)的前驱体,采用化学沉积法在前驱体的预烧产物表面包覆Al(OH)3,然后在750℃/6h条件下煅烧,得到Al2O3/LiMn2O4复合粉末(称为Al2O3预包覆,包覆粉末记为P-LMO);同时采用传统方法,在前驱体的煅烧产物(LiMn2O4粉末)表面包覆Al(OH)3,然后在300℃/3h条件下热处理,得到Al2O3/LiMn2O4复合粉末(称为煅烧包覆,复合粉末记为C-LMO),对这2种包覆法制备的Al2O3/LiMn2O4复合粉末的物相结构、形貌、包覆层的厚度与粒度分布等进行对比分析,并对包覆粉末进行电化学性能测试。结果表明,Al2O3均匀地包覆在LiMn2O4的表面,包覆层厚度约为10nm;Al2O3/LiMn2O4复合粉末的晶格常数随Al2O3包覆量增加而增加;预包覆粉末颗粒呈类球形,平均粒径(0.3μm)明显小于煅烧包覆的平均粒径(0.5μm);预包覆粉末的Al2O3包覆层能有效减少循环过程中电荷转移阻抗的增加,并减少Mn的溶解,其循环性能优于煅烧包覆粉末。在3.2~4.5V的充放电区间内,Al2O3包覆量(摩尔分数)为2%的预包覆LiMn2O4材料显示出优良的电化学性能,55℃下0.1C的首次放电容量为114.0(mA·h)/g,0.5C倍率下50次循环后容量保持率为87.3%。     

低温水热法制备金红石型纳米晶TiO_2颗粒形貌的研究

以四氯化钛和盐酸为反应介质,利用低温水热法制备纯金红石相纳米TiO_2,考察了反应温度和反应时间对TiO_2微结构及形貌的影响.X射线衍射分析表明所有产物均为纯金红石型纳米TiO_2,晶粒尺寸范围4.0～11.5nm.红外光谱和热重分析表明产物TiO_2存在表面羟基和表面水.TEM分析表明,TiO_2形貌和粒径随反应温度或反应时间变化,反应温度60～80℃时样品呈梭形,且彼此聚集呈束状,但120℃以上时呈粒状,且粒径增加.随反应时间(4～40h)延长,TiO_2呈棒状、梭状及球状变化.此外,还对强酸性及低温水热条件下金红石型纳米TiO_2的形成及形貌变化机理作了初步分析.     

高炉渣纤维负载SiO_2和TiO_2光催化材料的制备与性能研究

以高炉渣纤维(BFSF)为载体,采用溶胶凝胶法,在BFSF表面先后负载Si O_2和Ti O_2制备Ti O_2/Si O_2/BFSF光催化材料,考察了Si O_2负载,Ti O_2溶胶浸渍次数、煅烧温度和重复利用次数等对材料光催化活性的影响。利用SEM、XRD等测试方法,对所制备样品的显微形貌和相组成进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为光降解物,评价样品的光催化活性。试验结果表明,BFSF表面负载Si O_2可以抑制Ti O_2晶粒长大,增加Ti O_2负载量和提高样品的光催化活性。Ti O_2溶胶负载3次,煅烧温度为450℃时,Ti O_2/Si O_2/BFSF光催化材料表面形成均匀密实的锐钛矿型Ti O_2层,样品的光催化活性最好,紫外光照180 min时,亚甲基蓝的降解率为96.1%。Ti O_2/Si O_2/BFSF光催化材料重复利用4次,亚甲基蓝的降解率依然能够达到67%。     

攀枝花钛铁矿制备大孔TiO2材料初步研究

孔径在50 nm以上的大孔TiO_2是一种重要的TiO_2材料。提出并初步研究了一种用攀枝花钛铁矿为原料,通过预热处理和盐酸浸出两步法来制备微米和亚微米级大孔TiO_2(金红石)材料的方法。结果表明,弱氧化(600～750℃)—盐酸常压浸出和中低温氧化(如800℃)—低温弱还原(如600℃)—盐酸常压浸出两条路线都可以用攀枝花钛铁矿为原料制备微米和亚微米级大孔TiO_2材料,并且材料晶体和孔洞尺寸都可以通过调节氧化焙烧的温度和时间来实现。氧化温度越高,焙烧时间越长,得到的TiO_2晶体和孔径就越大。但是该工艺制备的TiO_2材料通常会含有Si和Fe等氧化物杂质,中低温氧化—低温弱还原—盐酸常压浸出得到的大孔TiO_2杂质含量更低。     

SiO_2对CaO-Fe_2O_3熔体结晶矿物组成及显微结构的影响

由于近年来低品位铁矿石的使用量增加,导致烧结过程中SiO_2含量升高。SiO_2是烧结矿中主要的脉石成分,其含量的变化与烧结矿最终质量密切相关。运用X射线衍射、光学显微镜和SEM-EDS方法研究了SiO_2对CaO-Fe_2O_3熔体结晶矿物组成及显微结构的影响。研究结果表明,随着SiO_2含量的增加,CaO-Fe_2O_3-SiO_2熔体结晶产物中CaFe_2O_4(CF)含量减少而富铁铁酸钙(SFC)含量增加,CaFe_2O_4和SFC分别以块状和板条状析出,SFC的晶体结构随着SiO_2含量的增加从Ca_(3.6)Fe_(14.4)O_(25.2)向SFCA-I转变;当SiO_2的质量分数超过3.0%时,椭圆状的Ca_2SiO_4(C_2S)从熔体中结晶,其含量随SiO_2含量的增加而增加,另有大量圆点状玻璃相分布于铁酸钙基体表面。