TiO2納米管的制備、修飾及其在化學(xué)需氧量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展，環(huán)境污染尤其是水資源的污染變得越來越嚴(yán)重?；瘜W(xué)需氧量(chemical oxygen demand, COD)是評價水質(zhì)的指標(biāo)之一，目前主要的檢測方法是通過重鉻酸鉀滴定，但是這種方法消耗時間長、有毒而且消耗Ag等貴重金屬，所以需要尋找一種快速、環(huán)保的檢測手段。二氧化鈦納米管的光電催化檢測是一種高效、環(huán)保的方法。但是二氧化鈦納米管的比表面積較納米顆粒小，而且只能利用可見光的一小部分，這些缺點(diǎn)限制了其在光電催化檢測COD

2、方向的實(shí)際應(yīng)用。本論文針對上述問題，通過對二氧化鈦納米管的結(jié)構(gòu)調(diào)控、修飾，來提高光電催化降解有機(jī)物的性能。論文主要內(nèi)容有：
　?。?）采用陽極氧化的方法在鈦箔上氧化得到二氧化鈦納米管(TNTs)，再將TNTs在三氯化鈦溶液中進(jìn)行水熱處理，得到分級結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管(H-TNTs)。H-TNTs的管徑變小，表面及管壁上附著許多小的二氧化鈦納米顆粒，導(dǎo)致處理后納米管的比表面積增大，同時分級結(jié)構(gòu)也提高了納米管的吸光度。分級結(jié)構(gòu)的二氧化

3、鈦納米管的電子傳輸路徑主要是管壁上的納米顆粒產(chǎn)生的電子空穴傳輸至管壁再經(jīng)過管壁傳輸至外電路，減少了電子-空穴的復(fù)合幾率，有助于光電流的提高。
　?。?）根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的圖形在PMMA板上雕刻出微通道，將分級結(jié)構(gòu)的 TiO2納米管置于工作電極的位置，Ag/AgCl參比電極、鉑絲對電極也置于相應(yīng)的位置，得到集成三電極體系。檢測不同濃度的有機(jī)物得到的凈穩(wěn)態(tài)電流與有機(jī)物濃度成一定的比例，并與有機(jī)物的理論COD呈線性關(guān)系。最終實(shí)現(xiàn)了0-30

4、0 mg L-1 COD的線性范圍和1 mg L-1 COD的檢測極限。
　?。?）通過檸檬酸和尿素水熱的方法獲得石墨烯量子點(diǎn)，量子點(diǎn)的尺寸在4-8 nm之間。通過水熱和熱處理的工藝，將石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合到二氧化鈦納米管上。摻入GQDs不僅將復(fù)合電極的光響應(yīng)延伸至可見光區(qū)域，而且 GQDs/TiO2異質(zhì)結(jié)可以在其表面吸收比純 TiO2更多的 O2，并可以產(chǎn)生更多的?O2-物質(zhì)用于有機(jī)物降解。與 TiO2納米管相比，GQDs/TiO2

5、復(fù)合電極顯示出更好的可見光驅(qū)動的光電催化性能。將GQDs/TiO2復(fù)合電極用于COD檢測，通過光電催化降解水體中的有機(jī)物并記錄所產(chǎn)生的光電流，從而對COD進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明，凈穩(wěn)態(tài)電流與水體中的有機(jī)物濃度呈正比，并與所有有機(jī)物的理論COD呈線性關(guān)系，得到COD檢測范圍是0-288 mg?L-1，最低檢測下限為1.0 mg?L-1。
　?。?）以TiO2納米管為基底，采用滴涂的工藝制備了氧氮化鉭與TiO2復(fù)合異質(zhì)結(jié)。結(jié)果表明，成

6、功地在 TiO2納米管表面沉積了一層氧氮化鉭薄膜。氧氮化鉭能夠吸收可見光并可以產(chǎn)生載流子，由于界面處的能級差，這些載流子在界面處能夠快速地分離。另外氧氮化鉭可以有效地鈍化TiO2納米管表面的缺陷，減少電子空穴的復(fù)合幾率。所以氧氮化鉭復(fù)合的TiO2納米管在可見光下的光電流獲得大幅提高。在光電催化亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)中，氧氮化鉭復(fù)合電極表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化降解能力。將TaON-TNTs復(fù)合電極用作COD檢測，通過光電催化降解水體中的有機(jī)物并記錄所