改性TiO 2 纳米管阵列基光催化剂的制备与污染物降解性能研究
发布时间：2023-02-20 19:37
TiO2作为一种无机光敏半导体材料,由于其价格低廉、化学性质稳定、低毒、无污染、光催化活性高、可在常温常压下彻底氧化有机污染物等优点,被公认为最佳光催化剂,已成为研究的热点之一。但由于颗粒状的纳米TiO2催化剂存在回收困难的问题,而涂膜纳米TiO2催化剂存在易脱落、光催化利用率较低等的问题,影响了纳米TiO2催化剂的应用与推广。本文以研发简便有效、稳定可控的TiO2纳米管阵列的制备工艺为基础,提高纳米TiO2光催化活性和可见光响应能力为目的,开发了能应用于有机污染物光催化降解的Ag纳米粒子表面修饰的TiO2纳米管阵列光催化剂和N掺杂TiO2纳米管阵列光催化剂的制备新工艺,并以甲基橙的光催化降解实验评价了催化剂的双光源光催化性能,最后选择在紫外区光催化活性较高的Ag/TiO2催化剂,对冷凝废水中主要污染成分乙醇和乙酸进行了实验室模拟条件下的紫外光催化降解的初步研究。针对TiO2
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 论文背景及研究的目的和意义
1.2 TiO2半导体的电子结构和光催化作用
1.2.1 TiO2半导体电子结构
1.2.2 TiO2光催化作用
1.3 TiO2纳米管的制备
1.3.1 溶胶-凝胶法
1.3.2 水热合成法
1.3.3 阳极氧化法
1.3.4 原子层沉积法
1.3.5 磁控溅射法
1.4 TiO2的改性研究
1.4.1 过渡金属的掺杂与表面修饰
1.4.2 非金属掺杂
1.4.3 共掺杂
1.5 TiO2光催化剂的应用
1.5.1 光催化降解有机污染物
1.5.2 染料敏化太阳能电池
1.5.3 光电解水制氢
1.6 航天冷凝废水处理工艺研究
1.6.1 太空舱冷凝废水介绍
1.6.2 国外太空舱冷凝废水处理工艺
1.7 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验仪器与试剂
2.2 材料的制备方法
2.2.1 钛片的预处理
2.2.2 TiO2纳米管阵列的制备
2.2.3 Ag纳米粒子表面修饰TiO2纳米管的制备
2.2.4 N掺杂TiO2纳米管的制备
2.3 光催化剂的表征方法
2.3.1 光催化剂的光催化活性表征实验
2.3.2 扫描电子显微分析(SEM)
2.3.3 X-射线衍射分析(XRD)
2.3.4 X-射线光电子能谱(XPS)
2.3.5 紫外-可见吸收光谱分析
2.4 有机污染物的光催化降解
2.4.1 光催化降解反应器的设计
2.4.2 光催化降解甲基橙
2.4.3 模拟冷凝废水中乙醇和乙酸的光催化降解
2.4.4 有机污染物的定量化分析方法
第3章 双面TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
3.1 引言
3.2 双面TiO2纳米管阵列的制备条件优化
3.2.1 电流与TiO2纳米管阵列生长的关系
3.2.2 丙三醇与水的体积比对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.3 NH4F浓度对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.4 阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.5 阳极氧化时间对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.6 不同煅烧温度对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.7 TiO2纳米管的EDS和XPS谱图分析
3.3 TiO2纳米管阵列的制备条件对光催化活性的影响
3.3.1 TiO2纳米管的制备条件对光催化活性的影响
3.3.2 TiO2纳米管制备条件与光催化活性数学模型的建立
3.4 本章小结
第4章 Ag/TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
4.1 引言
4.2 Ag/TiO2纳米管阵列的表征与分析
4.2.1 SEM对Ag/TiO2的形貌表征与分析
4.2.2 EDS对Ag/TiO2表征与元素分析
4.2.3 XRD对Ag/TiO2表征与晶型结构分析
4.2.4 XPS对Ag/TiO2的表征与元素分析
4.3 Ag/TiO2纳米管阵列的光催化活性
4.3.1 紫外还原Ag的光照时间对Ag/TiO2光催化活性影响
4.3.2 硝酸银浓度对Ag/TiO2光催化活性影响
4.3.3 还原Ag的紫外光强度对Ag/TiO2光催化活性影响
4.4 Ag纳米粒子在TiO2表面修饰过程的机理探讨
4.5 Ag/TiO2催化剂动力学模型的建立
4.6 本章小结
第5章 N/TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
5.1 引言
5.2 N/TiO2纳米管阵列表征与分析
5.2.1 SEM对N/TiO2纳米管的形貌表征与分析
5.2.2 EDS对N/TiO2纳米管的表征与元素分析
5.2.3 XRD对N/TiO2与TiO2的晶型结构对比分析
5.2.4 XPS对N/TiO2的表征与元素分析
5.2.5 紫外-可见漫反射光谱对N/TiO2表征与可见光相应分析
5.3 N掺杂TiO2纳米管阵列的光催化活性
5.3.1 HCl浓度对N/TiO2光催化活性的影响
5.3.2 亚硝酸钠浓度对N/TiO2光催化活性的影响
5.4 本章小结
第6章 双光源反应器光催化降解甲基橙研究
6.1 引言
6.2 甲基橙在紫外可见光区域的吸收曲线
6.2.1 甲基橙等吸点实验
6.2.2 甲基橙在等吸点(λe)处标准曲线的绘制
6.3 甲基橙的光催化降解实验研究
6.3.1 p H值对光催化降解甲基橙的影响
6.3.2 光催化时间对光催化降解甲基橙的影响
6.3.3 初始浓度对光催化降解甲基橙的影响
6.3.4 紫外光源对光催化降解甲基橙的影响
6.3.5 催化条件对光催化降解甲基橙的影响
6.3.6 催化剂对光催化降解甲基橙的影响
6.4 双光源光催化降解甲基橙的数学模型的建立
6.5 本章小结
第7章 模拟冷凝废水中乙醇和乙酸的光催化降解研究
7.1 引言
7.2 催化剂的制备条件对乙醇和乙酸降解效率的影响
7.2.1 阳极氧化时间对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.2 NH4F浓度对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.3 丙三醇和水的体积比对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.4 阳极氧化电压对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.3 乙醇和乙酸的光催化降解实验研究
7.3.1 乙醇和乙酸的浓度对光催化降解的影响
7.3.2 紫外光强度对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.3.3 光催化剂多次运行性能实验
7.3.4 光催化剂持续运行性能实验
7.4 光催化动力学模型研究
7.4.1 基于Langmuir-Hinshelwood动力学模型
7.4.2 反应器的表观动力学模型的建立
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3747191
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 论文背景及研究的目的和意义
1.2 TiO2半导体的电子结构和光催化作用
1.2.1 TiO2半导体电子结构
1.2.2 TiO2光催化作用
1.3 TiO2纳米管的制备
1.3.1 溶胶-凝胶法
1.3.2 水热合成法
1.3.3 阳极氧化法
1.3.4 原子层沉积法
1.3.5 磁控溅射法
1.4 TiO2的改性研究
1.4.1 过渡金属的掺杂与表面修饰
1.4.2 非金属掺杂
1.4.3 共掺杂
1.5 TiO2光催化剂的应用
1.5.1 光催化降解有机污染物
1.5.2 染料敏化太阳能电池
1.5.3 光电解水制氢
1.6 航天冷凝废水处理工艺研究
1.6.1 太空舱冷凝废水介绍
1.6.2 国外太空舱冷凝废水处理工艺
1.7 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验仪器与试剂
2.2 材料的制备方法
2.2.1 钛片的预处理
2.2.2 TiO2纳米管阵列的制备
2.2.3 Ag纳米粒子表面修饰TiO2纳米管的制备
2.2.4 N掺杂TiO2纳米管的制备
2.3 光催化剂的表征方法
2.3.1 光催化剂的光催化活性表征实验
2.3.2 扫描电子显微分析(SEM)
2.3.3 X-射线衍射分析(XRD)
2.3.4 X-射线光电子能谱(XPS)
2.3.5 紫外-可见吸收光谱分析
2.4 有机污染物的光催化降解
2.4.1 光催化降解反应器的设计
2.4.2 光催化降解甲基橙
2.4.3 模拟冷凝废水中乙醇和乙酸的光催化降解
2.4.4 有机污染物的定量化分析方法
第3章 双面TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
3.1 引言
3.2 双面TiO2纳米管阵列的制备条件优化
3.2.1 电流与TiO2纳米管阵列生长的关系
3.2.2 丙三醇与水的体积比对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.3 NH4F浓度对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.4 阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.5 阳极氧化时间对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.6 不同煅烧温度对TiO2纳米管阵列形成的影响
3.2.7 TiO2纳米管的EDS和XPS谱图分析
3.3 TiO2纳米管阵列的制备条件对光催化活性的影响
3.3.1 TiO2纳米管的制备条件对光催化活性的影响
3.3.2 TiO2纳米管制备条件与光催化活性数学模型的建立
3.4 本章小结
第4章 Ag/TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
4.1 引言
4.2 Ag/TiO2纳米管阵列的表征与分析
4.2.1 SEM对Ag/TiO2的形貌表征与分析
4.2.2 EDS对Ag/TiO2表征与元素分析
4.2.3 XRD对Ag/TiO2表征与晶型结构分析
4.2.4 XPS对Ag/TiO2的表征与元素分析
4.3 Ag/TiO2纳米管阵列的光催化活性
4.3.1 紫外还原Ag的光照时间对Ag/TiO2光催化活性影响
4.3.2 硝酸银浓度对Ag/TiO2光催化活性影响
4.3.3 还原Ag的紫外光强度对Ag/TiO2光催化活性影响
4.4 Ag纳米粒子在TiO2表面修饰过程的机理探讨
4.5 Ag/TiO2催化剂动力学模型的建立
4.6 本章小结
第5章 N/TiO2纳米管阵列的制备与光催化活性研究
5.1 引言
5.2 N/TiO2纳米管阵列表征与分析
5.2.1 SEM对N/TiO2纳米管的形貌表征与分析
5.2.2 EDS对N/TiO2纳米管的表征与元素分析
5.2.3 XRD对N/TiO2与TiO2的晶型结构对比分析
5.2.4 XPS对N/TiO2的表征与元素分析
5.2.5 紫外-可见漫反射光谱对N/TiO2表征与可见光相应分析
5.3 N掺杂TiO2纳米管阵列的光催化活性
5.3.1 HCl浓度对N/TiO2光催化活性的影响
5.3.2 亚硝酸钠浓度对N/TiO2光催化活性的影响
5.4 本章小结
第6章 双光源反应器光催化降解甲基橙研究
6.1 引言
6.2 甲基橙在紫外可见光区域的吸收曲线
6.2.1 甲基橙等吸点实验
6.2.2 甲基橙在等吸点(λe)处标准曲线的绘制
6.3 甲基橙的光催化降解实验研究
6.3.1 p H值对光催化降解甲基橙的影响
6.3.2 光催化时间对光催化降解甲基橙的影响
6.3.3 初始浓度对光催化降解甲基橙的影响
6.3.4 紫外光源对光催化降解甲基橙的影响
6.3.5 催化条件对光催化降解甲基橙的影响
6.3.6 催化剂对光催化降解甲基橙的影响
6.4 双光源光催化降解甲基橙的数学模型的建立
6.5 本章小结
第7章 模拟冷凝废水中乙醇和乙酸的光催化降解研究
7.1 引言
7.2 催化剂的制备条件对乙醇和乙酸降解效率的影响
7.2.1 阳极氧化时间对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.2 NH4F浓度对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.3 丙三醇和水的体积比对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.2.4 阳极氧化电压对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.3 乙醇和乙酸的光催化降解实验研究
7.3.1 乙醇和乙酸的浓度对光催化降解的影响
7.3.2 紫外光强度对光催化降解乙醇和乙酸的影响
7.3.3 光催化剂多次运行性能实验
7.3.4 光催化剂持续运行性能实验
7.4 光催化动力学模型研究
7.4.1 基于Langmuir-Hinshelwood动力学模型
7.4.2 反应器的表观动力学模型的建立
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3747191
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