改性納米二氧化鈦光催化劑的光電化學(xué)行為及新型COD測定方法的研究.pdf

1、隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，環(huán)境問題不僅制約著人類經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展而且還嚴(yán)重威脅著人類的生存。世界各國政府也開始意識到環(huán)境與人類生存和發(fā)展的密切聯(lián)系，越來越重視對環(huán)境的治理和保護(hù)。在環(huán)境污染中，水環(huán)境污染十分突出，因此水環(huán)境研究是環(huán)境研究的重要課題之一，受到廣泛的重視。污水能否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)由污水的污染指數(shù)決定，其中最重要的指標(biāo)之一是污水的化學(xué)需氧量(COD)值，COD可作為衡量水體有機(jī)物相當(dāng)含量的指標(biāo)，對于污水的

2、治理及水體的質(zhì)量評價有著重要意義。測定COD的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有重鉻酸鉀氧化法(CODcr)和高錳酸鉀指數(shù)法(CODMn)，但這些方法存在分析時間長、操作過程繁瑣、測定準(zhǔn)確度差、存在二次污染等缺點(diǎn)，因此尋找一種快速、準(zhǔn)確、對環(huán)境友好，并能提高現(xiàn)有方法靈敏度的新方法十分必要。 20世紀(jì)80年代以來，納米半導(dǎo)體材料越來越受到人們的關(guān)注，尤其是TiO2，被譽(yù)為當(dāng)前最具應(yīng)用潛力的一種光催化劑。其在光或電的激發(fā)下，可使表面吸附的羥基或

3、水氧化成具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)，可將水中多種有機(jī)污染物徹底礦化去除，可以將光能直接轉(zhuǎn)換為化學(xué)能來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，而且無二次污染。因此，TiO2光催化氧化在各種有機(jī)污染物和還原性無機(jī)污染物，特別是生物體難降解的有毒有害物質(zhì)的去除方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，被認(rèn)為是一種極其具有前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)。但是TiO2仍存在許多的局限性，比如：其光生電子和光生空穴容易復(fù)合，光催化效率低；帶隙較寬(約3.2eV)只能在紫外區(qū)顯示光化

4、學(xué)活性，對太陽能的利用率小于10％，這些限制了其在環(huán)境分析中的應(yīng)用。于是研究者們研究出了許多的方法來對TiO2進(jìn)行改性，比如：貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體、離子摻雜、有機(jī)染料光敏化等，從而增加它的光吸收波長范圍，降低半導(dǎo)體載流子的復(fù)合率，使其載光催化方面真正走向?qū)嶋H應(yīng)用。 本論文制備并表征了一系列新型的納米TiO2光催化劑，探討了它們的光電催化氧化有機(jī)物的機(jī)理和行為，還研制了一種用毛細(xì)管陣列新型光催化反應(yīng)器來測定COD值的新方

5、法。第一章 緒論 本部分從新型納米二氧化鈦光催化材料的制備、應(yīng)用、進(jìn)展和化學(xué)需氧量的檢測現(xiàn)狀與發(fā)展等方面作了綜述。 第二章 TiO2納米管陣列電極降解含氮染料的光電催化行為研究 采用電化學(xué)陽極氧化法制備TiO2納米管電極，并用于光電催化降解含氮染料甲基橙，給出了該電極線性掃描光電響應(yīng)圖譜，還對該電極的光電催化和光催化行為進(jìn)行了估測和比較，探討了一系列的優(yōu)化條件如陽極電壓，煅燒溫度，甲

6、基橙濃度對電極催化效率的影響。 第三章 嵌有ZnO納米棒高序排列的TiO2納米管電極的制備及其光電催化降解含氮染料 本章制備了ZnO納米棒/TiO2納米管電極，并用其光電催化降解含氮染料。給出了該新型電極的線性掃描伏安圖，它的光電流比光的沒有嵌有ZnO棒的TiO2納米管電極的光電流有明顯增加，得出結(jié)論：ZnO納米棒的嵌入修飾能提高TiO2 NTs的光電催化效果。 第四章 光電催化合成A

7、u/TiO2納米復(fù)合材料及其光電催化運(yùn)用 我們第一次用光電催化法制備了嵌有Au納米顆粒的TiO2 NTs,該新型電極具有更好的光催化和光電催化性能。與光催沉積方法相比，光電催化沉積法更有效，而且更容易控制。在陽極氧化過程中TiO2納米管的管的直徑可以控制，很容易得到不同大小的金納米顆粒。得出結(jié)論：光電催化沉積法是一種在光催化材料上沉積重金屬的通用的好方法，電化學(xué)方法在制備納米材料上很有前景。 第五章 毛