微弧氧化制備WO3-TiO2復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)與光催化性能研究.pdf

1、由于WO3與TiO2能級(jí)之間良好的匹配性，將WO3與TiO2復(fù)合不僅可以促進(jìn)光生載流子的分離，還能拓展其光響應(yīng)范圍，從而提高光催化活性，在環(huán)境污染治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，當(dāng)前研究的WO3/TiO2復(fù)合半導(dǎo)體多是粉末形式，回收再利用困難。將WO3/TiO2復(fù)合半導(dǎo)體固定為膜層形式能解決回收難題，而現(xiàn)有的WO3/TiO2復(fù)合膜層制備技術(shù)，如磁控濺射和溶膠-凝膠等，存在著設(shè)備復(fù)雜、工藝苛刻，或膜層與基體結(jié)合力差等不足。因此，制備負(fù)載

2、牢固、高催化活性的WO3/TiO2復(fù)合膜層成為光催化技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。本文基于開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體復(fù)合TiO2光催化劑的新型負(fù)載化和改性技術(shù)，采用微弧氧化工藝，首次在鎢酸鈉電解液中制備了WO3/TiO2復(fù)合膜層，系統(tǒng)地研究了電解液成分和電源參數(shù)對(duì)膜層結(jié)構(gòu)與光催化性能的影響；考察了污染物溶液pH值、無(wú)機(jī)陰離子、污染物初始濃度和陽(yáng)極偏壓等對(duì)膜層光催化性能的影響；通過(guò)改變電解液成分，制備了可見(jiàn)光響應(yīng)的WO3/TiO2復(fù)合膜層，研究了該膜層的結(jié)構(gòu)與

3、可見(jiàn)光催化性能，探討了其可見(jiàn)光響應(yīng)機(jī)理，取得了如下結(jié)果：以工業(yè)純鈦為基體，分別在堿性的磷酸鈉和鎢酸鈉電解液中制備了微弧氧化膜，利用XRD、SEM和EDX表征膜層的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，磷酸鈉電解液中制備的膜層（TiO2膜）由銳鈦礦和金紅石混合晶相組成；而鎢酸鈉電解液中制備的膜層（WO3/TiO2膜）由銳鈦礦、金紅石和WO3組成，形成了WO3 與TiO2的復(fù)合膜。兩種膜層表面均為粗糙多孔結(jié)構(gòu)，但WO3/TiO2膜的孔洞數(shù)量更多，分布更均勻，具有

4、更大的比表面積。熒光光譜分析發(fā)現(xiàn)，WO3/TiO2膜的發(fā)光強(qiáng)度比TiO2膜的小，光生電子-空穴之間的分離效果更好。與TiO2膜相比，WO3/TiO2膜的表面酸度更高，吸附有機(jī)物和羥基的能力更強(qiáng)。紫外光照射120 min，WO3/TiO2膜能降解85％的羅丹明，而TiO2膜只降解23％的羅丹明。研究了TiO2膜和WO3/TiO2膜光催化降解羅丹明的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。TiO2膜和WO3/TiO2膜對(duì)羅丹明的降解過(guò)程符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，動(dòng)力學(xué)方程

5、分別為ln(C0/Ct)=0.0023 t+0.029和ln(C0/Ct)=0.016 t+0.1，其表觀速率常數(shù)分別為0.0023和0.016。研究了電解液組成和電源參數(shù)對(duì)WO3/TiO2膜結(jié)構(gòu)與光催化性能的影響。結(jié)果表明，隨著Na2WO4 濃度的增加，膜層中W含量增加，WO3的結(jié)晶度提高，膜層表面酸度增加，但過(guò)量Na2WO4引起劇烈的微弧放電會(huì)破壞膜層的表面結(jié)構(gòu)，降低光催化活性。優(yōu)化后的電解液組成為14.7 g/L Na2WO4+2

6、 g/L NaF+2 g/L NaOH。當(dāng)電源參數(shù)為正壓400 V、負(fù)壓-30 V、頻率700 Hz、占空比0.3、處理時(shí)間5 min時(shí)，制備的WO3/TiO2膜的光催化活性最高。以甲基橙為模型污染物，研究了溶液pH值、無(wú)機(jī)陰離子、甲基橙初始濃度對(duì)WO3/TiO2膜光催化性能的影響。中性溶液中甲基橙降解率最低，酸性或堿性溶液中其降解率增加。均促進(jìn)甲基橙的降解，的促進(jìn)效果最顯著，這是由于 在大于290 nm的紫外光照射下能產(chǎn)生OH·，使甲

7、基橙的降解主要發(fā)生在溶液中而不是催化劑表面。、則通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附和俘獲OH·，抑制甲基橙的降解。隨著甲基橙初始濃度的增加，其降解率減小。研究了陽(yáng)極偏壓對(duì)WO3/TiO2膜降解甲基橙的影響。甲基橙降解率隨陽(yáng)極偏壓增加而增大，當(dāng)陽(yáng)極偏壓為4V時(shí)，甲基橙降解率比未加偏壓時(shí)提高了78.5％。在酸性鎢酸鈉電解液中制備了非晶態(tài)氧化物膜層，并對(duì)其進(jìn)行高溫煅燒，獲得微弧氧化-煅燒WO3/TiO2膜，研究了該膜層的結(jié)構(gòu)與光催化性能。結(jié)果表明，煅燒后的膜層表面