可見(jiàn)光響應(yīng)TiO-,2-與TiO-,2--活性炭復(fù)合材料的合成及表征.pdf

1、本論文以TiCl<,4>為鈦源，采用酸催化水解法合成了納米TiO<,2>；通過(guò)N、S摻雜改性制得了可見(jiàn)光響應(yīng)催化劑TON、Ti<,2-x>-S<,y>O<,2>；以AC為載體合成了高活性、長(zhǎng)壽命、高效率的TiO<,2>/AC復(fù)合光催化劑；以可見(jiàn)光催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)機(jī)制和TiO<,2>/AC復(fù)合光催化劑的活性炭與TiO<,2>之間的協(xié)同作用機(jī)制為理論基礎(chǔ)，制得了AC負(fù)載N摻雜可見(jiàn)光埔應(yīng)光催化功能材料TON/AC；采用DRS、SEM、XRD

2、、XPS、FTIR、低溫氮物理吸附技術(shù)表征催化劑微觀(guān)形貌、晶相結(jié)構(gòu)、界面特征、光譜特征和孔徑結(jié)構(gòu)；并在此基礎(chǔ)上，初步進(jìn)行了吸附．光催化雙功能炭吸附材料的合成探索。具體內(nèi)容如下： 在NH<,3>/N<,2>氣氛下程序升溫處理TiO<,2>前驅(qū)體，制得N摻雜TiO<,2>可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑(TON)。研究表明，摻雜N后銳鈦礦TiO<,2>可見(jiàn)光催化活性顯著提高，在500℃焙燒5h制得的催化劑在可見(jiàn)光區(qū)及紫外光區(qū)均表現(xiàn)出最高的光催化活

3、性。N摻雜對(duì)TiO<,2>的晶粒大小、比表面積和晶相結(jié)構(gòu)影響不大。適量N摻雜可在TiO<,2>表面形成Ti-O-N鍵，形成新的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使催化劑的吸收帶邊紅移至490～550 nm；同時(shí)該結(jié)構(gòu)亦可有效提高TiO<,2>的紫外光催化活性。 以硫脲為硫源，制得淺黃色S摻雜Ti<,1-x>S<,y>O<,2>光催化劑。研究表明，摻雜S以S<'6+>形式置換TiO<,2>晶格中的Zi<'4+>，適量的S摻雜Ti<,1-x>S<,y>O<

4、,2>在可見(jiàn)光區(qū)、紫外光區(qū)及太陽(yáng)光下均表現(xiàn)出較高光催化活性。摻雜S在TiO<,2>表面形成新的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使催化劑吸收紅移至450～550nm，誘發(fā)可見(jiàn)光催化活性；紫外光照射下，新形成的能級(jí)結(jié)構(gòu)與體相TiO<,2>形成復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，捕獲光生空穴，提高光生電子一空穴分離效率。同時(shí)，S摻雜可以改善TiO<,2>的分散性，增加其比表面積并提高相轉(zhuǎn)變溫度。 在多孔活性炭(Ac)表面合成TiO<,2>/xAC復(fù)合光催化劑。研究表明：適宜A

5、C含量的TiO<,2>/AC(AC，5 wt％)具有較高的光催化活性，可多次循環(huán)使用不致失活，在較寬溶液pH范圍內(nèi)都保持較高的活性，而且催化劑容易從液相中分離。適宜的AC摻雜可以使TiO<,2>粒子分布均勻，減小粒子凝聚，但對(duì)TiO<,2>的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒大小以及表面性質(zhì)影響不大，對(duì)TiO<,2>能閾結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響。TiO<,2>與AC結(jié)合牢固，接觸界面處有Ti-O-C鍵生成。TiO<,2>/5AC表現(xiàn)出高光催化活性的主要原因是：AC所

6、提供的適宜高濃度環(huán)境及對(duì)納米尺寸TiO<,2>團(tuán)聚的有效抑制。TiO<,2>/5AC的高活性、不易失活、易分離以及活性受pH變化影響較小的特性，使其在實(shí)際廢水處理方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。另外，還系統(tǒng)研究了AC修飾對(duì)TiO<,2>形態(tài)結(jié)構(gòu)及光催化活性的影響。研究表明，AC可抑制TiO<,2>晶粒生長(zhǎng)，減緩TiO<,2>粒子間團(tuán)聚，提高銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變溫度，減緩相轉(zhuǎn)化速度。 以不同種類(lèi)/性質(zhì)的活性炭為載體，合成了TiO<,2>/

7、AC復(fù)合光催化劑，系統(tǒng)研究了活性炭種類(lèi)/性質(zhì)對(duì)TiO<,2>/AC復(fù)合光催化劑催化活性的影響。研究表明，AC的微孔及表面含氧官能團(tuán)不利于催化劑的分散。較多數(shù)量的中孔及較少的表面含氧官能團(tuán)可以大大提高TiO<,2>/AC(n)復(fù)合光催化劑的光催化活性。AC表面含氧官能團(tuán)對(duì)催化還原金屬離子的影響要大于對(duì)催化氧化有機(jī)化合物的影響。AC性質(zhì)對(duì)TiO<,2>的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒大小以及能閾結(jié)構(gòu)影響不大。以非金屬離子摻雜后可見(jiàn)光催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)機(jī)制和

8、TiO<,2>/AC復(fù)合光催化劑的活性炭與TiO<,2>之間的協(xié)同作用機(jī)制為理論基礎(chǔ)。合成AC負(fù)載N摻雜寬光域響應(yīng)TiO<,2-><,x>N<,y>/AC光催化劑。研究表明，適量N摻雜的TON/AC在紫外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)及太陽(yáng)光下均表現(xiàn)出較高的活性。N摻雜在TiO<,2>表面生成Ti-O-N鍵，形成新的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使催化劑的吸收紅移至450～550 nm，誘發(fā)TiO<,2>可見(jiàn)光催化活性。AC負(fù)載可降低TiO<,2>團(tuán)聚體的尺寸，增加催化劑

9、比表面積，為光催化降解提供高濃度環(huán)境，從而提高光催化效率；同時(shí)AC負(fù)載還可改善催化劑分離性能，提高催化劑使用壽命。 以TiO<,2>/AC復(fù)合光催化劑的C/TiO<,2>之間的協(xié)同作用機(jī)制為理論基礎(chǔ)。合成了吸附-光催化雙功能材料(xTiO<,2>/AC)。實(shí)驗(yàn)表明，吸附．光催化雙功能材料，在暗吸附條件下，AC的平衡吸附量有所降低；但在光照條件下，AC的平衡吸附量明顯提高，且延長(zhǎng)了達(dá)到飽和時(shí)間，宏觀(guān)上表現(xiàn)為提高了吸附量，實(shí)際則為T(mén)