濕法制備碳氮硫共摻雜TiO2及其光催化性能的研究.pdf

1、濕法制備碳氮硫共摻雜TiO2及其光催化性能的研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)：化學(xué)學(xué)科門(mén)類:理學(xué)重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院二O一一年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要在常溫下，納米TiO2半導(dǎo)體的光催化氧化技術(shù)利用光能可將絕大多數(shù)有機(jī)污染物降解，并最終完全礦化為CO2、H2O等一些無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)，產(chǎn)物清潔，被認(rèn)為是一種極具前途的有機(jī)污染物深度凈化新技術(shù)。但TiO2的禁帶寬度較大（銳鈦礦型，3.2eV），只能利用太陽(yáng)光中的紫

2、外線部分（僅占太陽(yáng)光能的3～4%）。這一缺點(diǎn)使TiO2作為光催化劑在實(shí)際應(yīng)用中難以大規(guī)模推廣。采用碳、氮、硫非金屬元素對(duì)TiO2進(jìn)行共摻雜改性，是拓展TiO2光譜響應(yīng)范圍的有效途徑。本文以全硫碳酸銨為摻雜劑，采用濕法由硫酸鈦出發(fā)制備碳氮硫共摻雜TiO2。分別考察了焙燒溫度、摻雜量以及膠溶時(shí)間等因素對(duì)催化劑光催化性能的影響，并采用XRD、UVVisDRS、FTIR、XPS、TGDTA和BET等表征手段，研究摻雜催化劑的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)，探討

3、了碳、氮、硫共摻雜對(duì)TiO2光催化機(jī)理的影響。研究結(jié)果表明：⑴采用濕法制備碳氮硫共摻雜TiO2時(shí)，最佳工藝條件：摻雜量α=1.6，焙燒溫度500℃，膠溶時(shí)間30min，晶化時(shí)間90min，微波功率800W，微波溫度90℃。⑵通過(guò)比較濕法制備的碳氮硫共摻雜TiO2光催化劑與同方法制備的未摻雜TiO2催化劑的光催化性能及光吸收性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)濕法制得的碳氮硫共摻雜TiO2晶粒小、比表面積大、可見(jiàn)光催化性能較好。氙燈照射70min后，濃度為20mg

4、L1甲基橙的降解率可達(dá)99.64%，且光催化降解滿足準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。⑶濕法制備的碳氮硫共摻雜TiO2光催化劑中，摻雜元素的化學(xué)形態(tài)分別為：①C4取代Ti4進(jìn)入晶格進(jìn)行摻雜；②N元素以兩種摻雜態(tài)存在：一種是以N3替位取代O2進(jìn)入TiO2晶格形成TiNTi聯(lián)接的摻雜，另一種是通過(guò)化學(xué)吸附NH3或NH4進(jìn)入晶格原子間隙產(chǎn)生摻雜；③S元素?fù)诫s以S6取代Ti4進(jìn)入TiO2晶格，使晶格局部畸變，導(dǎo)致TiO2的帶隙變窄；摻雜進(jìn)入TiO2晶格中的S4