半导体二氧化钛光催化剂,是目前使用的绿色环保型催化剂之一,具有廉价、无毒以及氧化活性高等优点,在降解有机物污染的水、大气等方面具有广阔的应用前景。但由于粉体二氧化钛在使用过程中易形成悬浮相,难以分离和回收再利用,并造成二次污染的缺点,将纳米二氧化钛负载到载体上制备成固定床催化剂,具有重要的理论意义和实用价值。本课题首次采用石英毛细管作载体负载二氧化钛薄膜,用于光催化降解有机物。钛酸四丁酯为钛源,醋酸作催化剂,聚乙二醇作分散剂和致孔剂,在乙醇介质中与水通过溶胶-凝胶反应制备了二氧化钛毛细管整体柱,并通过烧结将二氧化钛薄膜键合到毛细管内壁上。通过SEM、XRD、HRTEM、BET等手段表征了二氧化钛毛细管整体柱的形貌和结构;使用罗丹明B为目标降解物进行光催化实验,探究了二氧化钛薄膜的厚度、晶型和比表面积对光催化活性的影响;通过对光催化降解产物的定量分析和质谱研究,探究了光催化反应的动力学,和光催化降解罗丹明B的机理。(1)以钛酸四丁酯为钛源,乙醇和水分别为溶剂和反应物,醋酸作催化剂控制反应速度,制备二氧化钛溶胶。研究了水和醋酸的加入量以及反应温度对凝胶时间的影响,确定溶胶的制备条件为:钛酸丁酯、冰醋酸、水和无水乙醇的体积比为5:4:2:20,反应温度是50 ℃。(2)将制备好的钛溶胶前驱体用注射器打入到活化好的毛细管内,经过陈化、洗涤、烧结等过程制备了二氧化钛毛细管整体柱。通过改变钛源的加入量控制柱内二氧化钛膜层的厚度,加入聚乙二醇作分散剂和致孔剂降低二氧化钛薄膜的表面张力、防止薄膜龟裂,提高薄膜的比表面积。改变煅烧温度,研究其对二氧化钛晶型的影响。通过光催化性能评价实验确定出薄膜最佳制备条件:钛酸丁酯体积含量为15.15%的溶胶体系中加入1 g PEG 1000,500 ℃煅烧5 h,制备出了厚度为361 nm、二氧化钛颗粒为10 nm的锐钛矿型二氧化钛薄膜,其比表面积为47.72 m2/g,平均孔径在8.7 nm左右。30 min内光催化降解15 mg/L的罗丹明B溶液,降解率为98.33%,几乎实现了彻底降解。(3)使用最佳实验条件下制备的二氧化钛薄膜催化剂降解不同初始浓度的罗丹明B溶液,发现降解物的初始浓度越大,降解率越低。催化剂循环使用多次后仍具有良好的催化活性,第8次使用的降解率仍可达96.6%。光催化降解机理研究表明,罗丹明B光催化降解是一个逐步脱去环上的支链乙基、二乙胺基和羧基后,·OH仍不断进攻苯环使其双键断裂,将其氧化分解成小分子二氧化碳和水的过程。