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研究生:許友豪
研究生(外文):Yu-Hao Hsu
論文名稱:高能球磨混相二氧化鈦粉末之製備與分析
論文名稱(外文):Fabrication and characterization of high-energy ball milled mixed-phase TiO2 powders
指導教授:黃士龍黃士龍引用關係
指導教授(外文):Shyh-Lung Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:材料科學與工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
論文頁數:69
中文關鍵詞:銳鈦礦TiO2-II高能球磨相變態光觸媒混相
外文關鍵詞:AnataseTiO2-IIBall-millingPhase transformationPhotocatalystMixed phase
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本實驗為了研究TiO2混相組成對於紫外/可見光光觸媒性質之影響,利用高能球磨Anatase粉末的方式在900rpm研磨7~13分鐘,製備出多種混相組成的奈米尺寸TiO2粉末,再將研磨後的粉末作高溫熱退火處理600°C/700°C 1~4個小時。XRD結果顯示研磨後的TiO2粉末是由約55%的anatase、10%的rutil以及35%的TiO2-II所組成,平均粒徑大小約10~30nm。而研磨過的TiO2粉末在經過退火後,有部分的TiO2-II或者是幾乎全部轉變為rutile,產生anatase + rutile + TiO2-II或anatase + rutile的混相在600°C/700°C,利用高解析影像證實。在高解析的影像藉由傅立葉的轉換得到的晶相關係有: anatase + TiO2-II [0 1 0]A∥[1 -1 2]II、{-1 0 1}A∥{-1 -1 0}II和TiO2-II + rutile [1 1 0]II∥[1 1 -1]R、{0 0 1}II∥{0 1 1}R與[1 -1 1]II∥[1 1 -1]R、{0 1 1}II∥{-1 1 0}R。在本次的亞甲基藍降解的實驗中,大多數的混相粉末都比市售的P25粉末有更好的光觸媒活性,在700°C退火的粉末,相組成為70% anatase + 30% rutile在紫外光有最好的光觸媒活性,而在600°C退火的粉末,相組成為65% anatase + 15% rutile + 20% TiO2-II在可見光有最好的光觸媒活性。
To study how phase-assemblage affects the ultraviolet-visible light photocatalytic properties of TiO2, several mixed-phase nanosized TiO2 powders with various phase proportions were prepared by ball-milling of anatase powders at 900 rpm for 7-13 min, followed by high-temperature annealing at 600°C or 700°C for 1-4hrs. XRD analyses showed that the as-milled TiO2 powders have the phase assemblage of ~ 55% anatase, ~10% rutile and ~35% TiO2-II, and the average grain size of 10~30 nm. After further annealing, TiO2-II in the as-milled powders partially or almost completely transformed to rutile, yielding the anatase + rutile + TiO2-II or anatase + rutile mixed-phase assemblages at 600°C or 700°C, respectively, as confirmed by high-resolution imaging. High-resolution imaging coupled with Fourier transformation identified the crystallographic orientation relationships : [0 1 0]A∥[1 -1 2]II、{-1 0 1}A∥{-1 -1 0}II for anatase-TiO2-II; [1 1 0]II∥[1 1 -1]R、{0 0 1}II∥{0 1 1}R and [1 -1 1]II∥[1 1 -1]R、{0 1 1}II∥{-1 1 0}R for TiO2-II-rutile. While almost all mixed-phase powders in the present study exhibited better photocatalytic activity than the commercialized P-25 powder in methylene blue degradation experiments, the one annealed at 700°C with the 70% anatase + 30% rutile phase assemblage has the best photocatalytic activity in ultraviolet light, and the one annealed at 600°C with the 65% anatase + 15% rutile + 20% TiO2-II phase assemblage has the best photocatalytic activity in visible-light.
Abstract I
摘要 II
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 前言 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 研究目的 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 二氧化鈦(Titanium Dioxide) 5
2.1-1 二氧化鈦結構(Titanium Dioxide) 5
2.2 二氧化鈦相變探討 9
2.2-1 高能球磨產生的二氧化鈦相變 9
2.2-2 高溫產生的二氧化鈦相變 10
2.3 光觸媒 11
2.3-1 光觸媒原理 12
2.3-2 光觸媒使用限制 14
2.3-3 光觸媒反應-亞甲基藍降解反應 15
2.4 二氧化鈦改質 16
2.4-1 摻雜過渡金屬 16
2.4-2 摻雜非金屬 17
2.4-3 利用金屬氧化物 18
2.4-4 增加光觸媒的比表面積 19
2.5 高能球磨法 20
2.6 實驗室研究成果 24
第三章 實驗方法與步驟 27
3.1 實驗儀器與藥品 27
3.2 高能行星式球磨 28
3.3 高溫熱處理 29
3.4 實驗分析 30
3.4-1 XRD 分析 31
3.4-2 光觸媒分析 31
3.4-3 AEM結構分析 33
第四章 結果與討論 35
4.1 高能行星式球磨 35
4.2 高溫熱處理 36
4.3 光觸媒效能分析 43
4.3-1 亞甲基藍紫外光降解實驗 43
4.3-2 亞甲基藍可見光降解實驗 51
4.4 紫外/可見光分光光譜儀分 54
4.5 掃描式電子顯微鏡分析 56
4.6 AEM分析 58
第五章 結論 65
5.1 TiO2高能球磨 65
5.2 TiO2改質粉末光觸媒性質 65
5.3 TiO2改質粉末的顯微結構 66
參考文獻 67
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