可见光响应硅藻土@（C+TiO 2 ）纳米复合光催化剂的构建、结构和应用基础研究
发布时间：2021-12-18 01:14
TiO2光催化技术是一种新型的环境治理技术,可以广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌等领域。TiO2因为具有无毒无害、价格经济、光催化效率高以及没有二次污染等优点,成为了环保方面的研究热点。但是TiO2光催化剂在实际的应用当中仍然存在许多问题,纳米TiO2光催化剂易团聚且经紫外光照后具有超亲水性和高分散性,难以回收;锐钛矿型TiO2光催化剂只能利用5%左右的可见光,对可见光的响应极低。针对以上问题,采用负载和掺杂等手段是行之有效方法。以精制硅藻土为载体,TBOT为钛源,无水CaCl2作为TiO2分散的阻隔剂,采用溶胶-凝胶法制备了硅藻土@TiO2复合光催化剂,实验证明,无机阻隔剂能够使得二氧化钛较好的分散在硅藻土的表面和孔道中,高温煅烧时,二氧化钛会发生晶型转化,550℃二氧化钛晶型最佳,硅藻土负载二氧化钛能够使得复合光催化剂的禁带宽度减小至2.98eV,TiO2与硅藻土的结合方式既有物理结合...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-.1TiO2晶型结构（a）锐钛矿型，（b）金红石型以及（c）板钛矿型
中国地质大学（北京）硕士学位论文5图1-2TiO2光催化剂的能带结构示意图在TiO2受到大于或者等于自身禁带宽度的能量的光照时（对于锐钛矿型TiO2来说，需要收到波长小于387.5nm的光照），价带上面的电子就会受到能量激发，发生跃迁，转移到导带上，光生电子(e-)-空穴(h+)对发生分离，这样的光生电子(e-)-空穴(h+)对统称为载流子。这些光生载流子一部分会在几皮秒（ps）内复合，另外一部分则会在几纳秒（ns）内迁移到TiO2表面立即发生氧化还原反应，与氧气和水反应生成高活性的氧化物（TachikawaT，2007），让原本和光不反应的物质被氧化成羟基自由基（·OH），而光生电子则会在氧化还原反应中生成具有强还原性的超氧自由基（·O2—）。（·OH）具有极强的氧化性，可以破坏有机物中的碳碳键（C—C）、碳氢键（C—H）、碳氮键（C—N）、碳氧键（C—O）、氮氢键（N—H）等等，最终将有机物污染物降解为可以排放的CO2、H2O和其他一些简单的无机物（GayaUI，2008）。由于羟基自由基和超氧自由基的存在，一般的氧化还原反应虽然产生中间产物，但是反应不会就此停止，导致反应最后没有剩余的中间产物。二氧化钛光催化剂反应机理如图1-2所示（PelaezM，2012）。
第一章引言6图1-2二氧化钛催化剂反应原理图二氧化钛光催化剂的具体反应方程式为：二氧化钛受到波长小于387.5nm的光照时，产生光生电子和空穴：TiO2+hv→e—+h+公式（1-1）超氧自由基（·O2—）和羟基自由基（·OH）分别在导带和价带上生成：O2+e—→·O2—公式（1-2）H2O+h+→·OH+H+公式（1-3）所产生的超氧自由基（·O2—）和羟基自由基（·OH）将会与O2、H2O及其他基团反应产生具有强氧化性的自由基（·OOH）与H2O2：H2O+·O2—→·OOH+OH—公式（1-4）H++·O2—→·OOH公式（1-5）2·OOH→H2O2+O2公式（1-6）H2O2+hv→2·OH公式（1-7）这些具有强氧化还原性的自由基团能够将吸附在二氧化钛表面的污染物无差别的氧化成为无毒的水、二氧化碳和其他一些简单的无机物：
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同金属负载对Cr/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响[J]. 魏炜,牟一蒙,梁红,李树华,乔智威,彭峰. 无机化学学报. 2019(06)
[2]Bi-TiO2/Ti光催化燃料电池的性能研究[J]. 杨开,何琛,徐伟,査瑞,徐云兰. 工业水处理. 2019(03)
[3]沉淀法制备硅藻土负载纳米二氧化钛试验研究[J]. 缪茜,李宁,王佼. 非金属矿. 2018(06)
[4]Zr掺杂TiO2介孔材料光催化降解头孢氨苄[J]. 胡秀虹,汤承浩,吴林冬,王翔,刘少友. 化工环保. 2017(04)
[5]PEG修饰的介孔二氧化钛的合成及疏水光敏剂的装载[J]. 郭倩倩,申元娜,罗雷. 食品与药品. 2017(04)
[6]现代微纳米半导体加工工艺浅析[J]. 张靖卓. 电子世界. 2017(12)
[7]光催化降解高浓度CODCr有机废水处理方法研究[J]. 吴贤格,黎达明,何承殷,曹慧娇,钟胜,陈庆林. 广州化工. 2017(12)
[8]TiO2/g-C3N4在泡沫陶瓷表面的负载及光催化空气净化性能增强[J]. 孙艳娟,王瑞,董帆,何詠基,吴忠标. 环境科学学报. 2017(06)
[9]中国水资源现状及其未来发展方向展望[J]. 王熹,王湛,杨文涛,席雪洁,史龙月,董文月,张倩,周跃男. 环境工程. 2014(07)
[10]硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性研究[J]. 刘春玲,严芬英,赵春英. 电镀与精饰. 2014(06)
博士论文
[1]稀土改性二氧化钛光催化剂的性能及机理研究[D]. 王瑞芬.北京科技大学 2016
[2]TiO2/硅藻土复合材料的金属掺杂与光催化性能研究[D]. 汪滨.中国矿业大学(北京) 2015
[3]硅藻土负载磷掺杂二氧化钛的制备及其可见光光催化活性研究[D]. 夏悦.吉林大学 2014
[4]气相爆燃与爆轰法制备纳米二氧化钛颗粒研究[D]. 欧阳欣.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]二氧化钛光阳极的电泳沉积法制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究[D]. 殷惠明.南京邮电大学 2019
[2]水热法制备纳米二氧化钛的形貌调控及其光催化性能研究[D]. 陆祥坤.吉林大学 2019
[3]三维有序介孔TiO2微球阵列薄膜材料的贵金属沉积与光催化性能研究[D]. 杨洋.北京化工大学 2015
[4]微乳液法和水热法制备纳米二氧化钛的研究[D]. 贺进明.兰州大学 2008
[5]常压化学气相沉积法二氧化钛薄膜的制备与掺杂性能研究[D]. 刘鹏.浙江大学 2004
本文编号：3541329
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-.1TiO2晶型结构（a）锐钛矿型，（b）金红石型以及（c）板钛矿型
中国地质大学（北京）硕士学位论文5图1-2TiO2光催化剂的能带结构示意图在TiO2受到大于或者等于自身禁带宽度的能量的光照时（对于锐钛矿型TiO2来说，需要收到波长小于387.5nm的光照），价带上面的电子就会受到能量激发，发生跃迁，转移到导带上，光生电子(e-)-空穴(h+)对发生分离，这样的光生电子(e-)-空穴(h+)对统称为载流子。这些光生载流子一部分会在几皮秒（ps）内复合，另外一部分则会在几纳秒（ns）内迁移到TiO2表面立即发生氧化还原反应，与氧气和水反应生成高活性的氧化物（TachikawaT，2007），让原本和光不反应的物质被氧化成羟基自由基（·OH），而光生电子则会在氧化还原反应中生成具有强还原性的超氧自由基（·O2—）。（·OH）具有极强的氧化性，可以破坏有机物中的碳碳键（C—C）、碳氢键（C—H）、碳氮键（C—N）、碳氧键（C—O）、氮氢键（N—H）等等，最终将有机物污染物降解为可以排放的CO2、H2O和其他一些简单的无机物（GayaUI，2008）。由于羟基自由基和超氧自由基的存在，一般的氧化还原反应虽然产生中间产物，但是反应不会就此停止，导致反应最后没有剩余的中间产物。二氧化钛光催化剂反应机理如图1-2所示（PelaezM，2012）。
第一章引言6图1-2二氧化钛催化剂反应原理图二氧化钛光催化剂的具体反应方程式为：二氧化钛受到波长小于387.5nm的光照时，产生光生电子和空穴：TiO2+hv→e—+h+公式（1-1）超氧自由基（·O2—）和羟基自由基（·OH）分别在导带和价带上生成：O2+e—→·O2—公式（1-2）H2O+h+→·OH+H+公式（1-3）所产生的超氧自由基（·O2—）和羟基自由基（·OH）将会与O2、H2O及其他基团反应产生具有强氧化性的自由基（·OOH）与H2O2：H2O+·O2—→·OOH+OH—公式（1-4）H++·O2—→·OOH公式（1-5）2·OOH→H2O2+O2公式（1-6）H2O2+hv→2·OH公式（1-7）这些具有强氧化还原性的自由基团能够将吸附在二氧化钛表面的污染物无差别的氧化成为无毒的水、二氧化碳和其他一些简单的无机物：
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同金属负载对Cr/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响[J]. 魏炜,牟一蒙,梁红,李树华,乔智威,彭峰. 无机化学学报. 2019(06)
[2]Bi-TiO2/Ti光催化燃料电池的性能研究[J]. 杨开,何琛,徐伟,査瑞,徐云兰. 工业水处理. 2019(03)
[3]沉淀法制备硅藻土负载纳米二氧化钛试验研究[J]. 缪茜,李宁,王佼. 非金属矿. 2018(06)
[4]Zr掺杂TiO2介孔材料光催化降解头孢氨苄[J]. 胡秀虹,汤承浩,吴林冬,王翔,刘少友. 化工环保. 2017(04)
[5]PEG修饰的介孔二氧化钛的合成及疏水光敏剂的装载[J]. 郭倩倩,申元娜,罗雷. 食品与药品. 2017(04)
[6]现代微纳米半导体加工工艺浅析[J]. 张靖卓. 电子世界. 2017(12)
[7]光催化降解高浓度CODCr有机废水处理方法研究[J]. 吴贤格,黎达明,何承殷,曹慧娇,钟胜,陈庆林. 广州化工. 2017(12)
[8]TiO2/g-C3N4在泡沫陶瓷表面的负载及光催化空气净化性能增强[J]. 孙艳娟,王瑞,董帆,何詠基,吴忠标. 环境科学学报. 2017(06)
[9]中国水资源现状及其未来发展方向展望[J]. 王熹,王湛,杨文涛,席雪洁,史龙月,董文月,张倩,周跃男. 环境工程. 2014(07)
[10]硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性研究[J]. 刘春玲,严芬英,赵春英. 电镀与精饰. 2014(06)
博士论文
[1]稀土改性二氧化钛光催化剂的性能及机理研究[D]. 王瑞芬.北京科技大学 2016
[2]TiO2/硅藻土复合材料的金属掺杂与光催化性能研究[D]. 汪滨.中国矿业大学(北京) 2015
[3]硅藻土负载磷掺杂二氧化钛的制备及其可见光光催化活性研究[D]. 夏悦.吉林大学 2014
[4]气相爆燃与爆轰法制备纳米二氧化钛颗粒研究[D]. 欧阳欣.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]二氧化钛光阳极的电泳沉积法制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究[D]. 殷惠明.南京邮电大学 2019
[2]水热法制备纳米二氧化钛的形貌调控及其光催化性能研究[D]. 陆祥坤.吉林大学 2019
[3]三维有序介孔TiO2微球阵列薄膜材料的贵金属沉积与光催化性能研究[D]. 杨洋.北京化工大学 2015
[4]微乳液法和水热法制备纳米二氧化钛的研究[D]. 贺进明.兰州大学 2008
[5]常压化学气相沉积法二氧化钛薄膜的制备与掺杂性能研究[D]. 刘鹏.浙江大学 2004
本文编号：3541329
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