非金屬摻雜改性納米二氧化鈦的制備及可見(jiàn)光下光催化降解苯酚的研究.pdf

1、TiO2由于其在環(huán)境凈化方面具有卓越的光催化性能，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。然而TiO2的禁帶寬度較大，達(dá)到3.2eV，所以它只能利用太陽(yáng)光總能量中不到4.5﹪的紫外光部分，而對(duì)于占太陽(yáng)光能量46﹪左右的可見(jiàn)光部分，TiO2是不能利用的。傳統(tǒng)的TiO2光催化技術(shù)一般以人工紫外光作為光源，其工藝技術(shù)成本昂貴，限制了TiO2光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)TiO2在可見(jiàn)光下也具備光催化活性已經(jīng)成為目前TiO2光催化領(lǐng)域急需解決的重大課題之一。本

2、課題通過(guò)采用非金屬元素?fù)诫s技術(shù)，旨在制備出能在可見(jiàn)光范圍也具有光催化活性的新型TiO2光催化劑，使其光響應(yīng)波長(zhǎng)紅移至可見(jiàn)光區(qū)，能更大程度地利用太陽(yáng)能降解有機(jī)污染物，并研究其降解有機(jī)污染物的途徑和機(jī)理，為該新型TiO2光催化劑的實(shí)用化奠定實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。 論文簡(jiǎn)要地概述了TiO2光催化技術(shù)的原理，影響TiO2光催化性能的因素和納米TiO2摻雜改性的合成技術(shù)，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外最新的二氧化鈦光催化劑可見(jiàn)光化研究進(jìn)行較為詳細(xì)的綜述。論文使

3、用了一種新的、較為簡(jiǎn)單的制備可見(jiàn)光響應(yīng)型納米二氧化鈦光催化劑的合成技術(shù)，可以快速有效地制備非金屬摻雜可見(jiàn)光響應(yīng)型納米二氧化鈦光催化劑。本制備方法條件溫和，容易操作，避免了使用無(wú)機(jī)鈦制備過(guò)程中所必須的煩瑣洗滌SO42-和Cl-離子程序，而且不需要使用像離子注入機(jī)、離子濺射機(jī)這樣昂貴的設(shè)備，也不需要NH3/N2/Ar氣氛爐。研究發(fā)現(xiàn)所制備的二氧化鈦光催化劑能夠在可見(jiàn)光條件下有效地礦化有機(jī)污染物。在此基礎(chǔ)上，本課題研究探索了在可見(jiàn)光條件下，非

4、金屬摻雜可見(jiàn)光響應(yīng)型納米二氧化鈦光催化劑降解有機(jī)污染物的途徑和機(jī)理。本論文主要包括以下研究?jī)?nèi)容：①氮摻雜改性TiO2納米粒子制備及其光催化活性研究；②氟摻雜改性TiO2納米粒子制備及其光催化活性研究；③氮氟共摻雜改性TiO2納米粒子制備及其光催化活性研究；④碘摻雜改性TiO2納米粒子制備及其光催化活性研究。 通過(guò)XRD、SEM、TEM、XPS、UV-VIS，TG-DTA、BET、TOC和HPLC測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)：1、TiO2晶體

5、中引入非金屬元素(N、F、N/F和I元素)，均可以使TiO2的吸收帶邊紅移到可見(jiàn)光區(qū)； 2、在可見(jiàn)光條件下，非金屬改性TiO2光催化劑均可以不同程度的降解苯酚。其中以碘摻雜改性TiO2的催化活性最優(yōu)，在150min內(nèi)，對(duì)20ppm的苯酚的礦化程度達(dá)到58.4﹪； 3、非金屬元素的引入對(duì)TiO2的晶型轉(zhuǎn)化、比表面積、吸光特性及TiO2中Ti和O元素的化學(xué)態(tài)均有一定影響。如：F元素的引入，使得TiO2納米粒子從無(wú)定形向銳

6、鈦礦轉(zhuǎn)化的相變溫度大幅度降低，而從銳鈦礦向金紅石的相變溫度大幅度升高； 4、在可見(jiàn)光條件下，非金屬摻雜TiO2光催化劑(I摻雜TiO2除外)降解有機(jī)污染物的途徑一般可分為以下3個(gè)階段。a、苯酚的再羥基化；b、苯環(huán)開(kāi)環(huán)形成小分子羧酸；c、小分子羧酸礦化為二氧化碳和水。而I摻雜TiO2的光催化機(jī)理可能有所不一樣。研究發(fā)現(xiàn)I摻雜TiO2實(shí)驗(yàn)中的主要中間產(chǎn)物與N，F(xiàn)，N/F摻雜TiO2中出現(xiàn)的主要中間產(chǎn)物不同。其降解苯酚的過(guò)程中，沒(méi)有