TiO-,2-光電催化性能及其應用研究.pdf

1、近年來，印染廢水的脫色處理已經(jīng)引起了研究者的興趣，針對廢水的處理也使用過不少的方法，如：化學、物理、生物法等。但是由于染料分子的穩(wěn)定性，這些傳統(tǒng)的生物、物理處理方法已經(jīng)沒有多大的效果，它們并不能把有機物分子完全礦化。自從Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)水在TiO<,2>電極表面可以分解為氫氣(H<,2>)和氧氣(O<,2>)以后，光催化氧化技術(shù)已經(jīng)很成功的應用于各種有機廢水的凈化。由于TiO<,2>的高催化性能、無毒、制備成本低、抗化

2、學和光腐蝕能力強等優(yōu)點，因此被廣泛應用于廢水的處理，特別是一些難降解物質(zhì)的處理。TiO<,2>的帶寬為3.2ev，當被波長小于400nm的紫外光照射時，在其表面會生成光生電子和光生空穴，光生空穴有很強的氧化性能，它可以和溶液中的有機物反應，并把其氧化為小分子物質(zhì)，光生電子和光生空穴的復合速率決定了光催化效率的高低。 本文用改進的溶膠一凝膠的方法制備了具有納米結(jié)構(gòu)的TiO<,2>薄膜，在TiO<,2>薄膜的制備過程中，用冰乙酸代

3、替了通常使用的鹽酸、硝酸等，由于醋酸是一個很好的配體，它可以和鈦酸丁酯中的鈦形成絡合物，因此可以大大降低了鈦酸丁酯的水解速率，從而得到了比較穩(wěn)定且粒徑較小的TiO<,2>納米顆粒，通過一系列的表征測試，納米TiO<,2>的晶型為催化活性較高的銳鈦礦型，其顆粒粒徑為10nm左右。 為了提高對有機物的降解效率，本實驗還研究了陰離子對催化效果的影響，在水溶液中加入一些陰離子，如NO<,3><'->，Cl<'->：HCO<,3><'-

4、>和SO<,4><'2->來增加溶液的電導率，實驗發(fā)現(xiàn)，在光電催化降解過程中，電解質(zhì)的存在對污染物質(zhì)的完全降解起到了很重要的作用。Cl<'->和SO<,4><'2->等離子的存在，增加了溶液的電導率，同時也降低了電子.空穴電對的復合，促進了電荷分離，因而可以提高TiO<,2>光催化劑的活性。通過研究發(fā)現(xiàn)，溶液中的氯離子還具有和其它陰離子不同的性能，與其它陰離子相比較，可以很明顯的增加曙紅B的降解速率。它在光電催化降解的過程中不僅起到了電

5、解質(zhì)的作用，還參與了催化反應，在光照的情況下，被催化劑氧化，生成了一個具有強氧化性能的中間體，中間體也可以氧化有機物大分子，從而很大程度地促進了有機物的降解。同時，本實驗也研究了外加偏壓對有機物光化學降解效率的影響，通過研究發(fā)現(xiàn)，在二氧化鈦電極上施加一個偏壓，可以有效地提高光催化效率。二氧化鈦電極偏壓的存在，可以有效地把光生電子驅(qū)趕到對電極上，減小了光生電子和光生空穴的復合速率，延長了電子一空穴的壽命。它還可以靠電場把一些有機物負離子吸

6、引到電極表面上來，在電極表面，光生空穴和H<,2>O/OH<'->等反應，產(chǎn)生具有較大氧化能力的OH·，這就促進了氧化有機污染物的效率。 在實驗過程中把TiO<,2>固定在銦錫玻璃(ITO)上作為光陽極，使用鉑電極作為對電極，飽和的Ag/AgCl電極作為參比電極，并且在電極上施加電壓，分別以曙紅B和甲基紫溶液為目標降解物，并且選用NaCl，Na<,2>SO<,4>，NaNO<,3>，NaHCO<,3>和Na<,2>CO<,3>