论文总字数：24352字

摘 要

本文对TiO₂光催化剂做出了一个系统的综述，包括TiO₂的晶型，不同晶型的特点和光催化能力，探讨了TiO₂的光催化机理同时对各个学者针对TiO₂光催化吸能的提高进行的研究做出了归纳收集，并分析了包括贵金属沉积、掺杂登措施在内的机理，对TiO₂的性能调控有了较为深入的认识。同时也对钙矾石这种常见的水泥基材料进行了调研，综合探究了钙矾石的晶型，对钙矾石稳定性造成影响的各个因素以及调控钙矾石形貌的方法和机理。对钙矾石的性质、功能和工作环境也有了较为深刻的认识。

本文从TiO₂和钙矾石的性质入手，通过对二者的各种改性方法，探讨了以泡沫钙矾石为载体负载TiO₂复合材料从而得到一种新型的光催化水泥基材料，该材料同时具有固定重金属离子和光催化的能力，能够为未来的光催化水泥基材料的研究领域提供一种新型的思路。另外通过归纳得出了一套向多孔材料中引入由吸附剂/活性剂负载TiO₂所形成的复合材料的模式，可以有效提高光催化剂的效率。

本文的特色：钙矾石是一种具有成型快，合成方式简单等特点的晶体，在发泡得到合适的孔径之后十分适合作为光催化剂的载体，本文探讨了以钙矾石为载体的水泥基光催化材料的可行性，为后续的研究提供了一条新的思路。

关键词：TiO₂；泡沫钙矾石；水泥基光催材料；催化效率；

Abstract

This paper makes a systematic review of TiO2 photocatalysts, including the crystalline form of TiO2, the characteristics of different crystalline forms and photocatalytic capabilities, discusses the photocatalytic mechanism of TiO2 and studies the improvement of TiO2 photocatalytic energy absorption A summary was made, and the mechanism including noble metal deposition and doping measures was analyzed, and a deeper understanding of the performance control of TiO2 was obtained. At the same time, a common cement-based material such as ettringite was investigated, and the crystal form of ettringite, various factors affecting the stability of ettringite, and the method and mechanism for regulating the morphology of ettringite were also comprehensively investigated. I also have a deeper understanding of the nature, function and working environment of ettringite.

This paper starts with the properties of TiO2 and ettringite. Through various modification methods of the two, we discuss the use of foamed ettringite as the carrier to load TiO2 composite material to obtain a new type of photocatalytic cement-based material. With the ability to fix heavy metal ions and photocatalysis, it can provide a new type of thinking for the future research field of photocatalytic cement-based materials. In addition, a set of modes for introducing a composite material formed by TiO2 adsorbent / active agent loading into a porous material can be obtained through induction, which can effectively improve the efficiency of the photocatalyst.

The characteristics of this article: ettringite is a crystal with fast forming and simple synthesis method. It is very suitable as a carrier for photocatalyst after foaming to obtain a suitable pore size. This article discusses the cement-based ettringite as the carrier The feasibility of photocatalytic materials provides a new idea for subsequent research.

Keywords: TiO2; foam ettringite; photocatalytic cement-based material; catalytic efficiency;

目录

第一章 绪论 1

1.1立题背景及研究意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1　发泡剂和泡沫钙矾石的制备 2

1.2.2 光催化水泥基材料的研究现状 2

1.3 研究内容及目标 3

第二章 TiO2综述 4

2.1 TiO₂的晶型 4

2.2 TiO₂的催化机理及改性 6

2.2.1 贵金属沉积 7

2.2.2 掺杂 7

2.3 TiO₂的负载 9

第三章 钙矾石综述 12

3.1钙矾石的结构 12

3.2 钙矾石的稳定性 13

3.2.1 温度的影响 14

3.2.2 pH的影响 14

3.3 钙矾石的合成方法以及形貌调控 15

3.3.1 合成方法 15

3.3.3 合成原料对形貌的影响 16

3.3.4 温度和pH的影响 16

第四章 钙矾石负载TiO₂光催化材料可行性讨论 18

4.1 TiO₂的选择 18

4.1.1 P25型TiO₂的优缺点及使用 18

4.2 泡沫钙矾石作为负载的可行性讨论 19

4.2.1 泡沫钙矾石的制备 19

4.2.2 负载方法的选择 19

第五章 结论 20

参考文献 21

致谢 25

1. 绪论

1.1 立题背景及研究意义

混凝土是现代工程中最常见也是最重要的原材料，其原料易获得、价格低廉、种类丰富，广泛应用在道路桥梁建设，建筑结构中，是土木工程的基础。一直以来，混凝土是作为支撑结构的材料，人们研究的方向主要是提高各项强度性能，降低能耗，养护等方面。但是近年来，学者们拓展了混凝土的发展方向，因为混凝土具有复杂的表面结构，且在环境中有较大覆盖面，因此对于混凝土材料的表面负载方向，引发了新的研究热潮，结合兴起光催化领域，由混凝土负载的光催化材料开始得到研究应用。

随着社会的不断发展进步，人们的生产生活水平也日益提高。在工业化的进程中，一些空气污染物的含量也在逐年攀升，其中，NO_x、SO₂等是形成酸雨的主要原因，氮氧化物与碳氢化合物常常容易形成光化学烟雾，随风可以转移数百公里，对农作物和城市以及人们的身体健康造成较大的危害。近年来，空气污染物逐渐成为了人们关注的对象。现在处理空气污染物的方式主要是从源头上减少排放，比如汽车的尾气处理装置，工厂排放废气前要进行脱硫脱硝的处理。但是随着时间的累积，单一的处理方式已经无法有效降低空气污染物的含量。TiO₂光催化材料以其良好的催化活性，低廉的成本、无毒等特点成为了治理空气污染物的研究热点。在无机非金属材料领域，将纳米TiO₂与水泥基材料结合，从而得到一种具有吸附能力和光催化活性的，能够很好的净化空气污染物的水泥基光催化材料。

TiO₂光催化技术兴起于上个世纪70年代，其核心是光催化氧化（PCO），纳米半导体材料在光照下，其表面会被激活而产生活性极强的表面氧与吸附的污染物之间发生氧化还原反应，从而达到净化空气的目的。在众多半导体材料中，TiO₂由于其化学稳定性，高催化活性和地壳中丰富的储量而得到了广泛的研究。虽然TiO₂具有一定良好的特性，但是在实际应用方面依旧存在着一些问题，低比表面积、低透光率、电子-空穴复合率以及应用环境等等限制了它的应用。因此，目前常常将它与其他基质相结合使用，如水泥、陶瓷、玻璃等无机非金属材料。通过改善基质的结构性能，从而提高光催化反应的效率。

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