TiO2的改性及光催化性能的研究.pdf
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1、分类号:T 0 1 4 6 2 3 题 y 8 9 0 2 7 8 单位代码:1 0 0 0 5 学号:J 0 0 0 9 0 密级: 北京工业大学硕士学位论文 ( 同等学力人员) 英文并列S T U D Yo NM o D I F I C A T I o NA N DP H O T O C A T A L Y S I S 题目Q 里! l ! 盥! 旦丛坠l Q 墨! 坠基 研究生姓名:马盘耘 专 导 业:挝抖堂 师:鲑洼送 研究方向:功能挝抖 职称:熬援 论文报告提交H 期:2 Q 业至8 目 学位授予日期 授予单位名称和地址:韭塞至些盔生j E 夏巫鄹圈些土盈国l 地盐:! Q Q Q
2、丝 摘要 摘要 近年来,T i 0 2 光催化氧化技术作为一种非常具有应用前景的有机废水处理 方法已成为嚣内外的一个热点研究领域。光催佬氧化技术燕有诸多瓣优点,绸如: 能耗低、处理效率高、工艺设备简单、操作条件易于控制、非选择性的降解有机 污染物、无二次污染等。二氧化钛光徨化剂具有无毒、化学性能稳定、氧化能力 强、价格低、可以重复使用、消耗少等优点,使光催化氧化技术其有潜在的高效 性和经济性。然而由予T i 0 2 的带豫能较大,只有在能量较大的紫外光照射下名 能表现出光催化活性。此外光生电子和空穴的复合几率也较高,光量子产率较低, 这些不利因素都使T i 0 2 光催亿技术在永处理静实际应用
3、中受到限制。 麟前,对纳米T i 0 2 进行表面修饰的方法很多。金属离予掺杂是改善催化荆光 催亿性能的有效途径,而稀土离子所具有的特殊电子结构能有效地对T i 0 2 进行 表面改性。最新的研究成果显示,非会缓氮的掺杂可将T i 0 2 吸收光谱范围扩大 到可见光。 本文采月溶胶一凝胶法和浸瀵法制各了瓢0 2 光缆佬裁及孙、L a 、F e 离予掺杂 的T i 0 2 光催化剂,以紫外光降解甲基橙为模型反应,考察了样品的光催化活性。 对涨制各的光催化齐4 进行了X 一射线衍射分析和羞热一热重分板。分析了焙烧瀑度 及掺杂浓度对改性T i 0 2 粒子晶型结构、鼎粒尺寸、光催化活性的影响。 采箱
4、多弧离子镀制备掺氮T 0 2 薄膜,以O :和N :混合气体为反应气体,在玻璃 基片上制备掺氮T i 0 2 薄膜。探索了T i 0 2 薄膜、掺氮T i 0 2 薄膜的制备工艺和薄膜 的相变规律。乖j 用x 射线衍射仪分析了T i 0 2 薄膜以及掺氮T i 0 2 薄膜的晶体结构。 利用紫外一可见光分光光度计研究了T i 0 2 薄膜与掺氮T i 0 2 薄膜的光吸收性能。 实验结果表明,与纯T i 0 2 相比,掺杂L a 、F e 和P b 的样品对甲綦橙的降觯率 均有不同程度的提高,说明掺杂可以使T i 0 2 的光催化活性提高。F e 离子掺杂提 高T i 0 2 的光催化活性最为
5、显著。F e 伍摩尔比为O 0 1 于5 0 0 焙烧T i 0 2 粒子光 催化活性最好。溶胶凝胶制备的掺杂T i 0 2 比负载法制备的T 0 2 在具有较强的催 化活性。工艺参数为:工作压强为5 3 2 P a 、偏压为1 0 0 v 、靶基距离为1 7 0 册、 工作电流为4 0 A 、镀膜时闯为2 0 分锄、N 2 气体流量为5 s c c m 对,可制备出氮掺杂 的T i 0 2 薄膜。该薄膜与T i 0 2 薄膜相比,光吸收限明显的红移,由3 8 5 n m 提高到 北京工业大学:r 学顽:学位论文 4 8 0 n m ,带隙鼹由3 2 2 e v 交两2 5 8 e v 。缀4
6、 0 0 加热蜃毙吸收限可缀移至5 n m , 带隙能变为2 4 8 e v 。掺氮T i 0 2 薄膜的晶化温度是3 0 0 以上,晶卷T i 0 2 比非晶 惑游光骚嫂缝裁簧好。氮气溅蟹、热签憨王艺是影糖薄膜光墩竣蠖熊豹重要麴工 笆参数。氮掺魏下i 0 2 薄膜隧热处理温庭拜离,j 毪城牧徽国越广。 关键询二氧化钛;掺杂:潞胶一凝胶;够弧离子镀:搬催化 一J I A b s t r a e l T h ep h o t o c a t a l y t i co x i d a t i o nt e o h n 0 1 0 9 yo fT i O zh a sb e e nw i d e l
7、 ys t u d i e d a sap o t e n t i a lm e t h o di no r g a n i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nr e c e n ty e a r s I th a sm a n ya d v a n t a g e ss u e ha sl o we n e r g yc o n s u m p t i o n , h i g ht r e a t m e n t e f f i e i e n c y ,s i m p l ep r 。c e s s i n ge q u i p m e n t
8、 , e a s i l yc o n t r o l l e 硅o p e r a t i o n c o n d i t i o n s , n o n s e l e c t i V e l yd e g r a d e do r 9 8 n i cp o l l u t a n t s , n os e c o n d a r y p o l l u t i o ne t c T i t a n i u md i o x i d e ,a sap h o t o c a t a l y s t ,i sn o to n l yn o n t o x i e i t s e l fa n
9、 dl o w c o s t ,b u ta l s oh a ss t e a d yc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dh i g h o x i d a t i V ec a p a b i l i t y ,a n dc a nb ee f f i e i e n ta n dc a u s el e s s e n e r g y c o n s u m p t i o n A 1 lt h o s e 皿a k ep h o t o c a t a l y t i ct e c h n i q u eh i g h l ye f f i
10、c i e n ta n d e c o n o m i c a l H o w e v e r , 1 、i 蹶m a ys h o wp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo n l yb y i r r a d i a t i O no fU V 1 i g h tf o ri t sw i d e b a n dg a p I na d d i t i o n , e a s y r e c o 翔b i n 8 t i o no fp h o t o i n d u c e de l e c t r o n sa n dh 0 1 e s
11、l I l a k e st h ee f f i c i e n c y o fp h o t o q u a n t u m1 0 w e r T h o s eu n f a v O r a b l ef a c t o r sh a v eb e c o m ea no b s t a c l e f o rt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h ep h o t o e a t a l y t i co x i d a t i o nt e c h n i q u e o fT i O 。 P r e s e n t l y
12、 , t h e r ea r em a n ym e t h o d so fs u r f a c em o d i f i c a t i o no nt i t a n i a 挝e t a li o n sd O p i n gi sc o n s i d e r e dt ob ea ne f f i c i e n tw a yi nr e s p e c to f e n h a n c i n gt h ep h o t O c a t a l y t i ca c t i v i t y R a r ee a r t he l e m e n t sh a v es p e
13、 c i a l e l e c t r o n i cs t r u e t u r e ,s ot h e yc a ns e r v ea se l e c t r o nt r a pa n ds u p p r e s st h e r e c o m b i n a t i o no fo l e c t r o n h o l ep a i r s N i t r o g e nd o p i n gw a sr e c e n t l ys h o w n t oe x t e n dt h a b s o r p t i V i t yo fT i ( ) 2p h o t
14、o c a t a l y s t si n t ot h ev i s i b l e 。 I nt h i sp a p e r , P u r eT i 0 2a n dT i 0 2 d o p e dw i t hP b , L aa n dF ei o n sw e r e p r e p a r e db yt h es O l g e la n di m p r e g n a t i o nm e t h O d sr e s p e e t i v e l y T h e p b o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o n so
15、 ft h em e t h y lo r a n g ew e r eu s e da sm o d e l r e 8 c t i o n st oe v a l u a t et h ep h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t yu n d e rU Vl i g h t i r r a d i a t i o n I na d d i t i o n , X R Da n d 丁G D T Aw e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h e s t r u c t u r eo fT i 0 2 t h
16、 ee f f e c to fc a l c i n i n gt e i I j p e r a t u r ea n dc o n t e n to f H I 北京丁业大学T 学颊I + 学位论文 d o p a n t so nc r y s t a ls t r u c t u r e ,c r y s t a ls i z ea n dt h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y o fm o d i f i e d T i 瓯 p h o t o c a t a l y s t s w e r e i n v e s t i g
17、 a t e d F i l m so f N i t r o g e n D o p e dT i O zw e r em a d eo n9 1 a s ss u b s t r a t e sb ym u l t i a r ci o np l a t i n g i n8m i x t u r eo f n i t r o g e na n do x y g e n T e c h n 。i o g yo fp l a t i n gt i O zf i h 田s , N i t r o g e n D o p e dT i 0 2f i1 m sa n dt h e i r sD h
18、 a s e st r a n s f O r m a t i o nw e r eu n d e r e x a m i n a t i o na sw e l l C r y s t a ls t r u c t u r e so ff i l m sw e r ea n a l y z e db yu s i n g X r a yd i f f r a c t i o n ,L i g h ta b s o r p t i o np r o p e r t i e so ff i l m sw e r es t u d i e db v u s i n 鞲t h eU V V i ss
19、 p e c t r o p h o t o m e t e r T h er e s u l t sO ft h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c hr e v e a lt h a tt 扣r 。u g hP b ,L aa n d F ei o n sd o p jn g ,t h ep h o t o d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c yo ft h em e t h y lo r a n g eo v e r T i 0 2h a sb e e nr e 翔a r k a b l ye n h a
20、n e e d T h a t i s ,T i 魄d i s p l a y sh i g h e r p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yt h a np u r eT i ( bt h r o u g hL a ,F 。a n dP bi o n sd o p i n g D o p i n go f i r o ni n t oT i0 2b ys o l g e lm e t h o dr e 疆a r k a b l y i m p r o v e si t s p h O t O c a t a l y t i ca c t i v
21、 i t y T h eh i g h e s tp h o t o c a t a l y t i c a c t i v i t yc a nb e a c h i e V e db yu s i n gF e d o p e dT i0 2w h i c hi sd o p e dw i t hO O l m 0 1 b ys o l g e l p r o c e s sa n dc a l c i n e da t5 0 0 f o r3 0 m i n F u r t h e r 玎】o r e , d O p i n gt i t a n i c p r e p a r e db
22、 ys o l g e lh a sI i l o r ep 。w e r f u le a t a i y t i ea e t i v i t yt h a nt h 8 to n e p r e p a r e db yi m p r e g n a t i o nm e t h o di nU Vl i g h t T h eN i t r o g e n D o p e dT i O zt h i n f i l 猎sa r ep r e p a r e da ta nO p e r a t i n gp r e s s u r eo f5 3 2 P a , b i a sv o
23、l t a g eo f 1 0 0 V , s u b s t r a t e t o t a r g e td i s t a n c eO f1 7 0 册,O p e r a t i n ge l e c t r i cc u r r e n t o f 4 0 A p i a t i n g t i m oo f 2 0m i n u t e ,n i t r o g e ng a sf l o wo f5 s e e m 零h e w a V e l e n g t ho ft h ea b s o r p t i o ne d g ef o rN i t r o g e n d
24、o p e df i l m sh a sa no b v i o u s r e d 一8 h i f tf r o I n3 8 5 n T l lt 。4 8 0 n I i l ,a n dt h eb a n d9 8 pw i d t ho fN i t r o g e n D o p e d T i 0 2c h a n g e df r o m3 2 2 e vt o2 5 8 e v A f t e rb e i n gc a l c i n e da t4 0 0 ,t h e b a n d g a pw i d t ho f拜i t r o g e n D o p e
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- TiO2 改性 光催化 性能 研究
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