新型电极材料光/电催化降解有机污染物及污染物化学能的综合利用
发布时间：2021-11-01 14:16
随着人口的急剧增长和现代工业的迅猛发展,大量的有毒有害废物、生活污水和工业废水等通过各种途径进入到水体,造成了严重的环境污染和生态破坏。而传统的污水处理技术（如物理化学法和生物法）难以达到理想的处理效果,因此发展高效的处理方法已是迫在眉睫。高级氧化技术可以通过产生羟基自由基（OH ）来氧化有机污染物,并具有氧化能力强、氧化速度快和处理效率高等优点,因此成为了近年来国内外研究的热点。而半导体光催化氧化技术作为高级氧化技术的一种,被认为是废水处理中极具发展前景的催化氧化技术之一,其与传统的污染物处理方法相比具有绿色、节能、高效、无二次污染和污染物降解彻底等优点,而高效的光催化剂是该技术的关键所在。本论文针对于传统的粉体TiO2光催化材料在有机污染物处理过程中,存在着电荷复合严重、可见光吸收差和处理效率低等不足,开展了新型、高效的TiO2纳米管（孔）阵列电极材料的制备、可见光响应拓展以及光/电催化降解有机污染物方面的研究,以实现有机污染物的高效处理;同时,对污染物降解过程中释放的化学能开展了研究。通过设计一个基于TiO2纳米管...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词语
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 纳米Ti0_2 的基本性质及其光/电催化机理概述
1.2.1 Ti0_2 的基本性质
1.2.2 Ti0_2 的光/电催化机理
1.3 不同形貌的纳米Ti0_2 及其制备方法
1.3.1 纳米Ti0_2 粉体
1.3.2 有序的Ti0_2 纳米结构
1.4 纳米Ti0_2 的掺杂改性
1.4.1 半导体复合
1.4.2 离子掺杂
1.4.3 贵金属沉积
1.4.4 染料光敏化
1.5 影响Ti0_2 光/电催化氧化技术的主要因素
1.5.1 Ti0_2 晶型结构的影响
1.5.2 外加偏压的影响
1.5.3 溶液pH 的影响
1.5.4 光强的影响
1.5.5 电解质的影响
1.6 问题的提出
1.7 研究内容
1.7.1 研究内容
1.7.2 技术路线
第二章 实验部分
2.1 实验仪器和试剂
2.1.1 主要实验仪器和设备
2.1.2 主要实验试剂和药品
2.2 电极材料的制备方法
2.2.1 电解质的组成
2.2.2 实验装置
2.3 复合电极材料的制备方法
2.3.1 CdS/Ti0_2 纳米管阵列复合电极
2.3.2 Cu_20/Ti0_2 纳米管阵列复合电极
2.4 光电性能测试
2.5 降解有机污染物
2.5.1 目标污染物的选择
2.5.2 标准曲线
2.5.3 有机物降解技术
2.6 光催化燃料电池
第三章 Ti0_2纳米管(孔)阵列电极的制备及其光电性能
3.1 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.1 HF-H20 介质中Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.2 HF-DMSO 介质中Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.3 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.2 短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)电极
3.2.1 氧化时间对短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)形貌特征的影响
3.2.2 氧化电压对短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)形貌特征的影响
3.2.3 电流-时间曲线
3.2.4 短Ti0_2纳米管阵列(STNA)电极与传统Ti0_2纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.3 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极
3.3.1 氧化时间对Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)形貌特征的影响
3.3.2 氧化电压对Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)形貌特征的影响
3.3.3 XRD，XPS 和EDS
3.3.4 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极与传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.4 本章小结
第四章 Ti0_2纳米管(孔)阵列电极光/电催化降解有机污染物的性能
4.1 引言
4.2 光/电催化降解有机污染物性能
4.2.1 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.2.2 短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.2.3 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.3 本章小结
第五章Ti0_2纳米管阵列电极的可见光改性研究
5.1 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极
5.1.1 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的表征
5.1.2 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的光电化学性能
5.1.3 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的稳定性
5.1.4 CdS/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的光电催化机理研究
5.2 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极
5.2.1 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的表征
5.2.2 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的光电化学性能
5.2.3 Cu_20/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的稳定性
5.3 本章小结
第六章 基于Ti0_2纳米管阵列电极的光催化燃料电池的设计及应用
6.1 引言
6.2 光催化燃料电池(PFC)的设计
6.3 光催化燃料电池(PFC)的性能研究
6.3.1 极化曲线和光电转化效率
6.3.2 光催化燃料电池(PFC)的影响因素研究
6.3.3 光催化燃料电池的稳定性
6.4 难降解有机物的电池性能
6.4.1 不同难降解有机物的电池性能
6.4.2 有机物降解性能
6.4.3 量子效率
6.4.4 光催化燃料电池(PFC)的可见光响应性能
6.5 光催化燃料电池(PFC)的应用研究
6.5.1 光催化燃料电池(PFC)-光电催化反应器复合体系的设计
6.5.2 不同降解过程对比
6.5.3 复合体系的有机物降解性能及影响因素研究
6.6 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]阳极氧化TiO2纳米线生长研究[J]. 侯峰,阴育新,谭欣,赵林. 材料工程. 2010(03)
[2]纳米TiO2研究进展[J]. 朱艳,陆涛. 钛工业进展. 2009(03)
[3]环境污染物的光催化降解:活性物种与反应机理[J]. 许宜铭. 化学进展. 2009(Z1)
[4]水热法制备TiO2纳米管阵列[J]. 李纲,刘中清,张昭,颜欣. 催化学报. 2009(01)
[5]CdS修饰TiO2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能[J]. 张建灵,张兴旺,雷乐成. 科学通报. 2008(12)
[6]TiO2纳米线的制备及其光电性能研究[J]. 郝彦忠,王利刚. 无机化学学报. 2007(12)
[7]纳米TiO2的研究与应用进展[J]. 张万忠,刘景民,周智敏. 石油化工. 2007(11)
[8]原位模板法在铝基底上制备TiO2纳米管阵列薄膜[J]. 蒋武锋,凌云汉,白新德,李洪义,苍大强. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[9]二氧化钛纳米管的研究进展[J]. 孔祥荣,彭鹏,孙桂香,郑文君. 化学通报. 2007(01)
[10]Preparation, characterization and photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2[J]. WEI Chao-hai, TANG Xin-hu, LIANG Jie-rong, TAN Shu-ying Institute of Environmental Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Department of Environmental Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China. Journal of Environmental Sciences. 2007(01)
本文编号：3470256
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词语
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 纳米Ti0_2 的基本性质及其光/电催化机理概述
1.2.1 Ti0_2 的基本性质
1.2.2 Ti0_2 的光/电催化机理
1.3 不同形貌的纳米Ti0_2 及其制备方法
1.3.1 纳米Ti0_2 粉体
1.3.2 有序的Ti0_2 纳米结构
1.4 纳米Ti0_2 的掺杂改性
1.4.1 半导体复合
1.4.2 离子掺杂
1.4.3 贵金属沉积
1.4.4 染料光敏化
1.5 影响Ti0_2 光/电催化氧化技术的主要因素
1.5.1 Ti0_2 晶型结构的影响
1.5.2 外加偏压的影响
1.5.3 溶液pH 的影响
1.5.4 光强的影响
1.5.5 电解质的影响
1.6 问题的提出
1.7 研究内容
1.7.1 研究内容
1.7.2 技术路线
第二章 实验部分
2.1 实验仪器和试剂
2.1.1 主要实验仪器和设备
2.1.2 主要实验试剂和药品
2.2 电极材料的制备方法
2.2.1 电解质的组成
2.2.2 实验装置
2.3 复合电极材料的制备方法
2.3.1 CdS/Ti0_2 纳米管阵列复合电极
2.3.2 Cu_20/Ti0_2 纳米管阵列复合电极
2.4 光电性能测试
2.5 降解有机污染物
2.5.1 目标污染物的选择
2.5.2 标准曲线
2.5.3 有机物降解技术
2.6 光催化燃料电池
第三章 Ti0_2纳米管(孔)阵列电极的制备及其光电性能
3.1 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.1 HF-H20 介质中Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.2 HF-DMSO 介质中Ti0_2 纳米管阵列(TNA)的制备
3.1.3 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.2 短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)电极
3.2.1 氧化时间对短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)形貌特征的影响
3.2.2 氧化电压对短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)形貌特征的影响
3.2.3 电流-时间曲线
3.2.4 短Ti0_2纳米管阵列(STNA)电极与传统Ti0_2纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.3 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极
3.3.1 氧化时间对Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)形貌特征的影响
3.3.2 氧化电压对Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)形貌特征的影响
3.3.3 XRD，XPS 和EDS
3.3.4 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极与传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极的光电性能对比
3.4 本章小结
第四章 Ti0_2纳米管(孔)阵列电极光/电催化降解有机污染物的性能
4.1 引言
4.2 光/电催化降解有机污染物性能
4.2.1 传统Ti0_2 纳米管阵列(TNA)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.2.2 短Ti0_2 纳米管阵列(STNA)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.2.3 Ti0_2 纳米孔阵列(TNP)电极光/电催化降解有机污染物性能
4.3 本章小结
第五章Ti0_2纳米管阵列电极的可见光改性研究
5.1 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极
5.1.1 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的表征
5.1.2 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的光电化学性能
5.1.3 硫化镉/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的稳定性
5.1.4 CdS/短Ti0_2 纳米管阵列(CdS/STNA)复合电极的光电催化机理研究
5.2 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极
5.2.1 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的表征
5.2.2 氧化亚铜/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的光电化学性能
5.2.3 Cu_20/短Ti0_2 纳米管阵列(Cu_20/STNA)复合电极的稳定性
5.3 本章小结
第六章 基于Ti0_2纳米管阵列电极的光催化燃料电池的设计及应用
6.1 引言
6.2 光催化燃料电池(PFC)的设计
6.3 光催化燃料电池(PFC)的性能研究
6.3.1 极化曲线和光电转化效率
6.3.2 光催化燃料电池(PFC)的影响因素研究
6.3.3 光催化燃料电池的稳定性
6.4 难降解有机物的电池性能
6.4.1 不同难降解有机物的电池性能
6.4.2 有机物降解性能
6.4.3 量子效率
6.4.4 光催化燃料电池(PFC)的可见光响应性能
6.5 光催化燃料电池(PFC)的应用研究
6.5.1 光催化燃料电池(PFC)-光电催化反应器复合体系的设计
6.5.2 不同降解过程对比
6.5.3 复合体系的有机物降解性能及影响因素研究
6.6 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]阳极氧化TiO2纳米线生长研究[J]. 侯峰,阴育新,谭欣,赵林. 材料工程. 2010(03)
[2]纳米TiO2研究进展[J]. 朱艳,陆涛. 钛工业进展. 2009(03)
[3]环境污染物的光催化降解:活性物种与反应机理[J]. 许宜铭. 化学进展. 2009(Z1)
[4]水热法制备TiO2纳米管阵列[J]. 李纲,刘中清,张昭,颜欣. 催化学报. 2009(01)
[5]CdS修饰TiO2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能[J]. 张建灵,张兴旺,雷乐成. 科学通报. 2008(12)
[6]TiO2纳米线的制备及其光电性能研究[J]. 郝彦忠,王利刚. 无机化学学报. 2007(12)
[7]纳米TiO2的研究与应用进展[J]. 张万忠,刘景民,周智敏. 石油化工. 2007(11)
[8]原位模板法在铝基底上制备TiO2纳米管阵列薄膜[J]. 蒋武锋,凌云汉,白新德,李洪义,苍大强. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[9]二氧化钛纳米管的研究进展[J]. 孔祥荣,彭鹏,孙桂香,郑文君. 化学通报. 2007(01)
[10]Preparation, characterization and photocatalytic activities of boron- and cerium-codoped TiO2[J]. WEI Chao-hai, TANG Xin-hu, LIANG Jie-rong, TAN Shu-ying Institute of Environmental Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Department of Environmental Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China. Journal of Environmental Sciences. 2007(01)
本文编号：3470256
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