摻雜二氧化鈦光催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、半導體光催化作用可有效降解和消除有害污染物，近年來，以 TiO<,2>為光催化劑的多相光催化已成為環(huán)境治理領(lǐng)域的重要研究方向，但TiO<,2>還存在以下幾個缺點：①光生載流子的復合速率高，光催化效率低。②由于TiO<,2>帶隙較寬(Eg=3.2eV)，只有在能量較大的紫外光照射下才能表現(xiàn)出光催化活性，而紫外光在太陽光中所占的比例較小。③懸浮態(tài)TiO<,2>光催化劑在實際應用中存在易凝聚和難回收問題，以上缺點制約了TiO<,2>在實際推廣

2、應用。本論文針對TiO<,2>光催化技術(shù)存在的問題，本文主要就納米TiO<,2>的制備、納米TiO<,2>的摻雜改性及TiO<,2>的固定化等開展了如下工作： 本文采用正交設(shè)計方法，試驗研究了4種因素對溶膠．凝膠法制備納米TiO<,2>光催化活性的影響，確定了各因素所對應的最佳水平和影響主次，其影響主次依次為煅燒溫度(500℃)、冰醋酸加入量(20m1)、蒸餾水加入量(7.2 ml)、無水乙醇用量(58.32 ml)。研究表明

3、，在500℃下煅燒得到的TiO<,2>納米粒子光催化活性最高，晶型為銳鈦礦相，粒徑為18.5nm。煅燒溫度對納米TiO<,2>的晶型和顆粒影響較大，隨著溫度的升高，TiO<,2>逐漸由銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變，且晶粒尺寸也逐漸增大。 本文對Mo和Cr兩種過渡金屬摻雜改性TiO<,2>納米粒子進行了研究，研究表明Mo和Cr離子的摻雜均抑制了晶粒的生長，并使吸收帶邊發(fā)生不同程度的紅移。摻雜元素、摻雜量和煅燒溫度對TiO<,2>光催化活

4、性有較大影響，而這兩種過渡金屬的最佳摻雜量均為0.05mol％，最佳煅燒溫度為500℃。Mo和Cr離子能有效地提高納米TiO<,2>粒子的光催化活性，摻雜后Mo的光催化活性好于Cr摻雜的，光催化活性的提高與摻雜離子引入的雜質(zhì)能級及晶粒尺寸等有關(guān)。采用溶膠一凝膠法制備了分別摻雜Sm、Eu、Ce和Y四種稀土元素的TiO<,2>納米粒子，并利用XRD、UV-Vis/DRS、TEM、BET及XPS對其進行表征。結(jié)果表明稀土金屬的摻雜抑制了晶型的

5、轉(zhuǎn)變和晶粒的生長，同時引起晶格膨脹，并均使TiO<,2>樣品的吸收帶邊發(fā)生不同程度的紅移和吸收強度增大。XPS測試結(jié)果表明Sm元素以Sm<,2>O<,3>的形式部分富集在TiO<,2>表面。摻雜Sm、Eu、Ce和Y四種稀土元素能有效地提高光催化的活性，光催劑的活性為：Sm>Eu>Y>Ce，最佳摻雜量均為0.05mol％，最佳煅燒溫度為500℃。研究發(fā)現(xiàn)不同稀土元素摻雜改性后期光催化活性大小變化規(guī)律與稀土+3價離子4f軌道上電子數(shù)目存在對

6、應的關(guān)系。并在模擬太陽光下，光催化降解甲基橙實驗表明：Sm/Ti摩爾比為0.05％并在500℃煅燒的Sm摻雜改性TiO<,2>納米粒子的光催化活性最高，光照3h時對甲基橙的降解率為99.5％。 本文對600℃和800℃溫度下煅燒的ACF負載的Sm摻雜改性TiO<,2>薄膜和重復使用后的薄膜進行研究考察其光催化活性。研究表明600℃煅燒的TiO<,2>薄膜的光催化活性最佳，隨著溫度的升高，薄膜表面出現(xiàn)龜裂和薄膜附著性能降低，光催化