TiO-,2-的改性及光催化性能的研究.pdf

1、近年來，TiO2光催化氧化技術(shù)作為一種非常具有應(yīng)用前景的有機廢水處理方法已成為國內(nèi)外的一個熱點研究領(lǐng)域。光催化氧化技術(shù)具有諸多的優(yōu)點，例如：能耗低、處理效率高、工藝設(shè)備簡單、操作條件易于控制、非選擇性的降解有機污染物、無二次污染等。二氧化鈦光催化劑具有無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定、氧化能力強、價格低、可以重復(fù)使用、消耗少等優(yōu)點，使光催化氧化技術(shù)具有潛在的高效性和經(jīng)濟性。然而由于TiO2的帶隙能較大，只有在能量較大的紫外光照射下才能表現(xiàn)出光催化活性

2、。此外光生電子和空穴的復(fù)合幾率也較高，光量子產(chǎn)率較低，這些不利因素都使TiO2光催化技術(shù)在水處理的實際應(yīng)用中受到限制。 目前，對納米TiO2進行表面修飾的方法很多。金屬離子摻雜是改善催化劑光催化性能的有效途徑，而稀土離子所具有的特殊電子結(jié)構(gòu)能有效地對TiO2進行表面改性。最新的研究成果顯示，非金屬氮的摻雜可將TiO2吸收光譜范圍擴大到可見光。 本文采用溶膠-凝膠法和浸漬法制備了TiO2光催化劑及Pb、La、Fe離子摻雜的

3、TiO2光催化劑，以紫外光降解甲基橙為模型反應(yīng)，考察了樣品的光催化活性。對所制備的光催化劑進行了X-射線衍射分析和差熱-熱重分析。分析了焙燒溫度及摻雜濃度對改性TiO2粒子晶型結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、光催化活性的影響。 采用多弧離子鍍制備摻氮TiO2薄膜，以O(shè)2和N2混合氣體為反應(yīng)氣體，在玻璃基片上制備摻氮TiO2薄膜。探索了TiO2薄膜、摻氮TiO2薄膜的制備工藝和薄膜的相變規(guī)律。利用X射線衍射儀分析了TiO2薄膜以及摻氮TiO2薄膜

4、的晶體結(jié)構(gòu)。利用紫外-可見光分光光度計研究了TiO2薄膜與摻氮TiO2薄膜的光吸收性能。 實驗結(jié)果表明，與純TiO2相比，摻雜La、Fe和Pb的樣品對甲基橙的降觶率均有不同程度的提高，說明摻雜可以使TiO2的光催化活性提高。Fe離子摻雜提高TiO2的光催化活性最為顯著。Fe/Ti摩爾比為0.01％于500℃焙燒TiO2粒子光催化活性最好。溶膠凝膠制備的摻雜TiO2比負載法制備的TiO2在具有較強的催化活性。工藝參數(shù)為：工作壓強為

5、5.32Pa、偏壓為100V、靶基距離為170mm、工作電流為40A、鍍膜時間為20分鐘、N2氣體流量為5sccm時，可制備出氮摻雜的TiO2薄膜。該薄膜與TiO2薄膜相比，光吸收限明顯的紅移，由385nm提高到480nm，帶隙能由3.22ev變?yōu)?.58ev。經(jīng)400℃加熱后光吸收限可紅移至500nm，帶隙能變?yōu)?.48ev。摻氮TiO2薄膜的晶化溫度是300℃以上，晶態(tài)TiO2比非晶態(tài)的光吸收性能要好。氮氣流量、熱處理工藝是影響薄膜