二氧化钛基光催化剂的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-10-25 19:23

  本文关键词：二氧化钛基光催化剂的制备及其光催化性能研究

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【摘要】：随着对半导体光催化剂的深入研究,其用于降解有机废水已经从实验室逐渐走向了工业化。在那么多半导体催化剂中,TiO_2凭借其绿色无毒、性质稳定、制备简单和价格低廉等优点脱颖而出,成为半导体材料中最受人瞩目的光催化剂。但是二氧化钛的禁带宽度较大,其只在小于387 nm波长范围的紫外光区有较好的光催化活性,光生电子-空穴对的复合率较高,能在极短的时间内复合,导致量子利用率低等问题,科研人员采用了多种方法对其进行改性,其中包括金属和非金属单掺杂、过渡离子掺杂、共掺杂、贵金属修饰、染料敏化、半导体复合和负载固化技术。本文通过对其进行掺杂和复合改性,使二氧化钛的光催化活性得到提高。在可见光和紫外光条件下降解甲基橙溶液来评价样品的光催化活性,主要研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法成功制备出纳米二氧化钛光催化剂,实验表明,所制备的二氧化钛光催化剂在可见光条件下光催化活性较低,紫外光条件下较高。二氧化钛纳米粉体是由纳米级颗粒堆积而成,其尺寸均达到纳米级。降解浓度为10 mg/L的甲基橙溶液在可见光下降解5 h后,降解率为27.91%;在紫外光条件下降解5 h后,降解率为96.08%。(2)基于二氧化钛的不足,制备了系列银掺杂二氧化钛光催化剂,研究了银掺杂对二氧化钛光催化降解活性的影响。实验结果显示,掺杂银之后降低了二氧化钛的结晶度,且未改变二氧化钛的晶型。引入银离子减小了二氧化钛催化剂的禁带宽度,提高了光生电子-空穴的利用率。其中,当银掺杂量所占摩尔为1.00%时,在可见光条件和紫外光条件下,二氧化钛均达到最佳光催化活性。在可见光下,光催化降解4 h,降解率达到92.57%;在紫外光下,降解2 h,降解率达到84.54%。(3)成功制备出了白炭黑/二氧化钛光催化剂,结果表明,白炭黑/二氧化钛催化剂光催化活性的提高,是由于半导体间形成了特殊的异质结结构,此结构大大提高了光生电子-空穴的分离和传递速率,进而提高其光催化活性,白炭黑的最佳复合量为3.00%。(4)先用溶胶-凝胶法制备出了白炭黑/二氧化钛光催化剂,后选择0.20 g具有最佳光催化活性的白炭黑/二氧化钛复合光催化剂浸渍于不同浓度的硝酸银溶液中,制备了银修饰白炭黑/二氧化钛光催化剂。结果表明,白炭黑/二氧化钛复合光催化剂经一定浓度的硝酸银溶液浸渍处理后,光催化活性得到了进一步的提高,硝酸银溶液的最佳浓度为3.00×10-5 mol/L。以上研究结果表明,采用溶胶-凝胶法可以成功制备出二氧化钛和通过贵金属掺杂、半导体复合和贵金属沉积改性的光催化剂,可以有效地提高TiO_2的光催化活性。
【关键词】：溶胶-凝胶法 二氧化钛 金属离子掺杂 贵金属沉积 半导体复合
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化技术发展概况11-12
• 1.3 纳米TiO_2光催化机理12-13
• 1.4 TiO_2光催化活性的影响因素13-16
• 1.4.1 晶体结构的影响13-14
• 1.4.2 粒径与比表面积的影响14-15
• 1.4.3 其它因素的影响15-16
• 1.5 TiO_2的制备方法16-19
• 1.5.1 气相沉淀法16
• 1.5.2 液相沉淀法16-17
• 1.5.3 微乳液法17
• 1.5.4 水热法及溶剂热法17-18
• 1.5.5 溶胶-凝胶法18-19
• 1.6 提高TiO_2光催化活性的方法19-21
• 1.6.1 贵金属沉积19-20
• 1.6.2 离子掺杂20
• 1.6.3 半导体复合20-21
• 1.6.4 表面光敏化21
• 1.6.5 固定化负载21
• 1.7 本论文的选题依据、意义和研究内容21-23
• 1.7.1 选题依据与意义21-22
• 1.7.2 主要研究内容22
• 1.7.3 创新点22-23
• 第二章 实验部分23-30
• 2.1 实验试剂与仪器23-24
• 2.2 工艺流程24
• 2.3 催化剂表征方法24-26
• 2.3.1 X射线粉末衍射（XRD）24-25
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）25
• 2.3.3 红外光谱（IR）25
• 2.3.4 紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）25
• 2.3.5 热分析（TG-DSC）25-26
• 2.4 催化剂活性的评价26-30
• 2.4.1 光催化降解实验26-27
• 2.4.2 甲基橙的吸收光谱曲线27
• 2.4.3 甲基橙溶液标准曲线的绘制27-28
• 2.4.4 甲基橙溶液稳定性测试28-29
• 2.4.5 光催化降解率的计算29-30
• 第三章 银掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 Ag-TiO_2纳米粉体的制备30-31
• 3.3 Ag-TiO_2的表征31-37
• 3.3.1 X射线衍射（XRD）31-32
• 3.3.2 扫描电镜表征（SEM）32-33
• 3.3.3 能谱元素分析（EDS）33-34
• 3.3.4 红外光谱分析（IR）34-35
• 3.3.5 紫外-可见漫反射分析(UV-Vis DRS)35
• 3.3.6 热重及示差扫描分析(TG-DSC)35-37
• 3.4 光催化活性表征37-40
• 3.4.1 二氧化钛和银掺杂二氧化钛二氧化钛光催化剂的催化活性37-38
• 3.4.2 煅烧温度对降解率的影响38-40
• 3.4.3 催化剂用量对甲基橙降解率的影响40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 白炭黑/二氧化钛复合材料的制备及其光催化性能研究42-55
• 4.1 引言42-43
• 4.2 白炭黑/二氧化钛的制备43
• 4.3 白炭黑/二氧化钛的表征43-49
• 4.3.1 X射线衍射（XRD）43-44
• 4.3.2 扫描电镜表征（SEM）44-45
• 4.3.3 能谱元素分析（EDS）45-46
• 4.3.4 红外光谱分析（IR）46-47
• 4.3.5 紫外-可见漫反射分析(UV-Vis DRS)47-48
• 4.3.6 热重及示差扫描分析(TG-DSC)48-49
• 4.4 光催化活性表征49-54
• 4.4.1 二氧化钛和白炭黑/二氧化钛光催化剂的催化活性49-50
• 4.4.2 煅烧温度对降解率的影响50-51
• 4.4.3 催化剂用量对甲基橙降解率的影响51-52
• 4.4.4 甲基橙溶液不同p H对降解率的影响52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 银修饰白炭黑/二氧化钛复合材料的制备及其光催化性能研究55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 银-白炭黑/二氧化钛的制备55-56
• 5.3 银-白炭黑/二氧化钛的表征56-59
• 5.3.1 扫描电镜表征（SEM）56-57
• 5.3.2 能谱元素分析（EDS）57
• 5.3.3 红外光谱分析（IR）57-59
• 5.3.4 紫外-可见漫反射分析(UV-Vis DRS)59
• 5.4 光催化活性表征59-61
• 5.4.1 银-白炭黑/二氧化钛的催化活性59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 结论62-63
• 参考文献63-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间的研究成果71

【参考文献】

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本文编号：1095180