TiO-,2-納米光催化劑的改性及其降解有機(jī)物的研究.pdf

1、隨著納米科技的快速發(fā)展，納米TiO2光催化材料在太陽能轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、污水處理、空氣凈化、除菌保潔、自潔防霧等各方面表現(xiàn)出了更加獨(dú)特的優(yōu)異性能，成為目前最引人注目的環(huán)境凈化材料。本文在總結(jié)納米TiO2光催化劑改性研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究。 1)溶膠凝膠法制備了TiO2納米粉末，其晶粒尺寸在10nm左右。通過對(duì)樣品的表征，研究了光催化劑晶型、晶粒尺寸、比表面積等因素對(duì)樣品光催化性能的影響。提出并初步研究了納米光催

2、化劑的臨界尺寸效應(yīng)，認(rèn)為TiO2納米晶對(duì)于光催化活性存在一個(gè)臨界尺寸(5～10nm)。當(dāng)粉末的粒徑小于這個(gè)臨界尺寸時(shí)，表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)以及光催化活性。 2)制備了Zr4+離子以及稀土離子(La3+和Ce4+)摻雜TiO2納米晶。研究結(jié)果表明：鋯離子摻雜樣品Ti1-xZrxO2的光催化性能明顯高于純的氧化鈦樣品；并且當(dāng)鋯的含量為6％時(shí)樣品Ti0.94Zr0.06O2的光催化活性最大，甚至超過TiO2P25。但Zr4+摻雜樣

3、品的抗失活穩(wěn)定性卻要低于TiO2P25。稀土離子摻雜可以明顯提高TiO2光催化活性，但是對(duì)于不同的離子，其最佳值也不同，La3+最佳摻雜量為0.5％，Ce3+的最佳摻雜量是0.02％。摻雜后樣品在日光照射下也具有很好的光催化降解效果。 3)采用二次水解鍵合法成功制備了硅膠多層負(fù)載TiO2光催化劑x-TiO2/silicagel。對(duì)樣品進(jìn)行了掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(IR)、比表面積的測(cè)試，同時(shí)通過H2TiO2(SO4)2比色

4、法進(jìn)行了TiO2負(fù)載量的測(cè)定。樣品的光催化性能和吸附性能通過亞甲基蘭溶液的脫色率進(jìn)行了表征，研究表明隨著負(fù)載層數(shù)的增加樣品中TiO2的含量逐漸升高，吸附能力逐漸降低，且樣品5-TiO2/silicagel的光催化性能最強(qiáng)，降解時(shí)間t為60min時(shí)，對(duì)亞甲基蘭溶液的脫色率達(dá)到90％以上。并且在催化劑存在的情況下降解過程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。 4)成功制備了高效TiO2/ZrO2復(fù)合光催化劑。首先ZrO2的制備采用醇水溶液加熱法，然后

5、TiO2以沉淀法與事先制備的ZrO2復(fù)合。樣品TiO2/dried-ZrO2不但在紫外光下具有高的光催化活性，而且在日光下也同樣具有良好的光催化活性；在紫外光下和日光下光照時(shí)間t為0.5h和2h時(shí)，對(duì)甲基橙溶液的脫色率分別高達(dá)93.4和89.0。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)樣品TiO2/calcined-ZrO2的光催化能力雖然不高，但是可能具有比較完好的核殼式結(jié)構(gòu)。 5)以溶膠-凝膠法制備了新型納米TiO2薄膜以及以ZrTiO4、SiO2為過

6、渡層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜，并且對(duì)表面的光催化層進(jìn)行了離子摻雜改性。研究結(jié)果表明，當(dāng)渡膜層數(shù)為4層時(shí)，光催化活性最強(qiáng)，吸收邊的紅移量最大；離子摻雜的薄膜樣品具有較高的光催化活性；異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜與同質(zhì)結(jié)構(gòu)的TiO2薄膜相比，其光催化活性平均提高了15-20％。 綜上所述，本文通過對(duì) O2光催劑改性的系統(tǒng)研究，在納米光催化材料(納米晶、復(fù)合納米粉末、異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米薄膜等)的制備方法、降解效果的評(píng)價(jià)、光催化劑的作用機(jī)理等方面獲得了許多有意