N摻雜納米TiO2及其多孔薄膜的制備以及光催化性能研究.pdf

1、TiO2作為典型的光催化材料，化學(xué)穩(wěn)定性高、對(duì)環(huán)境安全無(wú)毒、催化活性高，在環(huán)境治理、廢水處理和許多其它領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，本文為提高TiO2對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力和改善粉末狀TiO2在降解污染物時(shí)易產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，通過(guò)N摻雜和制備多孔TiO2薄膜對(duì)TiO2進(jìn)行改性，具體工作如下:
　　1、以鈦酸四正丁酯為前驅(qū)體，并分別以六次甲基四胺、尿素和氨水為N源，采用經(jīng)改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備了N摻雜TiO2(N-TiO2)光催化劑。采用多種

2、分析手段進(jìn)行了表征;探討了催化劑催化性能的影響因素;并以亞甲藍(lán)(MB)為目標(biāo)污染物，研究了各種催化劑在紫外光、可見(jiàn)光及自然光下的光催化性能。結(jié)果顯示所制備樣品的晶粒尺寸在20nm左右，為銳鈦礦相。N元素以取代態(tài)O-Ti-N結(jié)構(gòu)和間隙態(tài)Ti-O-N結(jié)構(gòu)存在于TiO2晶格中，N的摻雜有助于減小TiO2帶隙能，研究表明三種N源摻雜的N-TiO2光催化劑在紫外光、可見(jiàn)光及自然光下均具有良好的光催化性能，其中六次甲基四胺摻雜的N-TiO2的降解效

3、果優(yōu)于其它N源摻雜的N-TiO2樣品，當(dāng)N和Ti的摩爾比為0.20時(shí)，光催化性能最好，可能是復(fù)雜的有機(jī)N分子更容易被固定在TiO2晶格中，從而降低TiO2的帶隙能、抑制光生電子和空穴的復(fù)合，提高TiO2對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力;煅燒溫度越高，催化劑的催化性能越好，高溫煅燒，利于TiO2晶型的有序化。但煅燒時(shí)間對(duì)催化性能影響較小。
　　2、以鈦酸四正丁酯為前驅(qū)體，以三乙胺為N源，調(diào)節(jié)溶液pH和溫度，通過(guò)水解制備N-TiO2;采用3-氨丙基

4、三乙氧基硅烷(kh550)對(duì)P25和N-TiO2進(jìn)行改性。以P25、N-TiO2、改性P25和改性N-TiO2為原料，采用逐級(jí)研磨法制備漿料和多孔薄膜。應(yīng)用各種分析手段對(duì)制備的粉末樣品及薄膜進(jìn)行表征;以甲基橙(MO)為目標(biāo)污染物，研究了多孔薄膜的光催化性能。結(jié)果表明該漿料及薄膜制備方法簡(jiǎn)單、易行，適用于多種TiO2基漿料及薄膜的制備。所制備樣品的顆粒尺寸在17nm～21nm之間，均為純銳鈦礦型;N元素以取代態(tài)O-Ti-N結(jié)構(gòu)和間隙態(tài)Ti

5、-O-N結(jié)構(gòu)存在于TiO2晶格中，N的摻雜和kh550改性均有助于減小TiO2帶隙能;煅燒后薄膜呈現(xiàn)顯著的多孔結(jié)構(gòu)、與玻璃基體附著性較好。四種TiO2基薄膜在紫外光和可見(jiàn)光下對(duì)MO的降解率都在70％～90％之間，12次重復(fù)降解的平均降解率在70％～82％之間，顯示出較好的光催化性能以及較強(qiáng)的耐用性。
　　3、以無(wú)皂乳液聚合法合成的聚苯乙烯(PS)微球?yàn)槟０澹訬摻雜、Fe摻雜以及N、Fe共摻雜TiO2溶膠為填充液，通過(guò)垂直沉降法自