氮摻雜納米TiO-,2-光催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、以TiO2為代表的半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)，能在常溫下利用光能氧化分解污染物，是具有廣闊應(yīng)用前景的環(huán)境治理新技術(shù)。但TiO2禁帶寬度大(3.2eV)，只能利用太陽(yáng)光中的紫外線部分(僅占太陽(yáng)光能3～4％)，這使TiO2光催化劑難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。采用非金屬元素氮對(duì)TiO2進(jìn)行摻雜改性，是拓展TiO2光譜響應(yīng)范圍的有效途徑之一。 本文以鈦酸四丁酯為鈦源(Ti4+)，以苯胺(An)為氮源，首先通過(guò)將溶膠-凝膠法與原位聚合法耦合制備PANI

2、/TiO2前驅(qū)體，通過(guò)改變An：Ti4+比例(簡(jiǎn)稱PT)制得了C系列前驅(qū)體(C-PANI/TiO2)，進(jìn)一步通過(guò)改變合成時(shí)反應(yīng)溶液的pH值制備了A系列前驅(qū)體(A-PANI/TiO2)，通過(guò)FT-IR、XRD和SEM等分析方法研究了兩類(lèi)前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)。采用煅燒方法，由C和A系列前驅(qū)體分別制得NC和NA兩個(gè)系列的N摻雜納米TiO2光催化劑?？疾炝遂褵郎囟?、前驅(qū)體的組成和結(jié)構(gòu)等因素對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)和性能的影響。用FT-IR、XRD、SEM、TEM、

3、XFS及UV-Vis等測(cè)試方法表征了NC和NA系列光催化劑的結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)。通過(guò)亞甲基藍(lán)光催化降解實(shí)驗(yàn)研究了上述氮摻雜TiO2的可見(jiàn)及紫外光催化性能。 研究結(jié)果表明：在PANI/TiO2前驅(qū)體中，PANI與TiO2形成一種納米雜化結(jié)構(gòu)；PANI/TiO2前驅(qū)體在煅燒過(guò)程中，通過(guò)PANI熱分解實(shí)現(xiàn)TiO2的N原子摻雜，并形成摻雜態(tài)的TiO2-xNx相，而且在TiO2-xNx顆粒中有一定量的殘?zhí)看嬖?，催化劑呈球狀，粒度?0～50n

4、m。將PT=2：1的C系列前驅(qū)體，經(jīng)500℃煅燒3h，制備的NC2-500光催化劑中，XPS分析表明，其中N的摻雜摩爾百分比為：0.36％。進(jìn)一步將PT=0.5：1的C系列前驅(qū)體在不同溫度下煅燒時(shí)，發(fā)現(xiàn)NC系列催化劑在保持紫外區(qū)有良好吸收的同時(shí)，其可見(jiàn)光區(qū)的吸收帶邊擴(kuò)展到700nm，經(jīng)590℃煅燒所制備的NC0.5-590光催化劑在可見(jiàn)光區(qū)的吸收強(qiáng)度最大。pH為7的亞甲基藍(lán)溶液光降解實(shí)驗(yàn)表明：NC系列催化劑中，PT=0.0625：1的C

5、系列前驅(qū)體經(jīng)500℃，煅燒3h所制備的NC0.0625-500光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)的可見(jiàn)光及紫外光降解效果均最好，3個(gè)小時(shí)可見(jiàn)光降解率達(dá)到75％，1小時(shí)紫外光降解率達(dá)到100％；A系列前驅(qū)體經(jīng)500℃煅燒3h所制得的NA系列催化劑不僅在紫外區(qū)有良好的吸收，而且其可見(jiàn)光區(qū)的吸收帶邊擴(kuò)展到了750nm，其中pH=8的NA8-500光催化劑可見(jiàn)光區(qū)的吸收強(qiáng)度最大，該催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)的可見(jiàn)光降解率3個(gè)小時(shí)達(dá)到85％以上，此外，NA4-500光催化

6、劑3個(gè)小時(shí)的可見(jiàn)光降解率也可達(dá)到83％。結(jié)果表明，相同條件下，NA系列催化劑具有較高的亞甲基藍(lán)光降解催化活性。 光催化降解的條件對(duì)上述催化劑降解亞甲基藍(lán)的光催化活性也有較大影響。當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液pH值增大時(shí)，降解率先增大后減小。當(dāng)向該反應(yīng)體系中加入H2O2時(shí)，在亞甲基藍(lán)溶液的pH值為7時(shí)NA4-500催化劑的可見(jiàn)光降解率可提高到99％；實(shí)驗(yàn)中NA4-500催化劑的最佳投加量為6mg/ml(CMB=10mg/l)，此時(shí)對(duì)亞甲基藍(lán)的降