新型納米二氧化鈦光催化劑的制備及其在COD測(cè)定中的應(yīng)用研究.pdf

1、人類進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，環(huán)境污染的控制與治理已經(jīng)成為人類社會(huì)面臨的亟待解決的重大問(wèn)題。水環(huán)境污染是環(huán)境污染的一大方面，水環(huán)境污染在我國(guó)的形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，因此水環(huán)境研究是環(huán)境研究的重要課題之一，受到廣泛的重視，污水能否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)由污水的污染指數(shù)決定，其中最重要的指標(biāo)是化學(xué)需氧量值(COD)，COD是評(píng)價(jià)水體污染的重要指標(biāo)之一，是水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析中最常測(cè)定的項(xiàng)目。目前測(cè)定COD值普遍采用標(biāo)準(zhǔn)方法，即高錳酸鉀指數(shù)法和重鉻酸鉀氧

2、化法，但上述方法所需試劑量大、操作時(shí)間長(zhǎng)、操作過(guò)程繁瑣且有二次污染等缺點(diǎn)，因此，尋找一些快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、實(shí)用、對(duì)環(huán)境友好的分析方法已引起人們的極大重視。 近年來(lái)，納米半導(dǎo)體材料受到了人們的廣泛關(guān)注，尤其是TiO<,2>，被譽(yù)為當(dāng)前最具應(yīng)用潛力的一種光催化劑。利用其光電特性，在光或電的激發(fā)下，可使表面吸附的羥基或水氧化生成具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)，可將水中有機(jī)污染物完全降解為水和二氧化碳，不僅降解效率高，而且無(wú)

3、二次污染。因此利用TiO<,2>光催化劑進(jìn)行光催化氧化有機(jī)污染物，是近年來(lái)水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。但是它仍然存在著不足，主要表現(xiàn)在：由于它是一種寬帶系半導(dǎo)體材料，只能對(duì)能量較大的紫外光有響應(yīng)，能量較低的太陽(yáng)光不能被利用，太陽(yáng)光利用率低(僅占3％-5％)；其次，光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致光催化效率低，這些限制了其在環(huán)境分析中的應(yīng)用。因此要使TiO<,2>在光催化方面真正走向?qū)嶋H應(yīng)用，就必須對(duì)其進(jìn)行改性，

4、增加它的光吸收波長(zhǎng)范圍，更好地利用太陽(yáng)光，同時(shí)降低半導(dǎo)體載流子的復(fù)合率，提高其催化效率。 本論文制備并表征了一些新型的納米TiO<,2>光催化劑，探討了納米TiO<,2>光、電催化氧化有機(jī)物的機(jī)理，提出了一種利用具有光、電催化活性納米TiO<,2>對(duì)有機(jī)物進(jìn)行光、電催化氧化降解，進(jìn)而對(duì)水體化學(xué)需氧量進(jìn)行測(cè)定的新方法。所建立的方法操作簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染、靈敏度高、分析時(shí)間短，與標(biāo)準(zhǔn)方法比對(duì)具有很好的相關(guān)性，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供一種全

5、新的理念和思路。 第一章緒論 本部分從COD檢測(cè)現(xiàn)狀與進(jìn)展，納米二氧化鈦材料的發(fā)展、特性，光、電催化機(jī)理研究及應(yīng)用等方面作了綜述。 第二章TiO<,2>納米管的制備及其在化學(xué)需氧量測(cè)定中的應(yīng)用研究 采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法制備了TiO<,2>納米管陣列，并首次用于COD的檢測(cè)中。一定濃度范圍內(nèi)，光生電流變化值與水樣的COD值存在線性關(guān)系。與傳統(tǒng)的重鉻酸鉀氧化法相比，該傳感器具有測(cè)定快速，不需有毒、昂貴

6、試劑，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 第三章新型光催化復(fù)合納米材料一ZnO/TiO<,2>膜用于化學(xué)需氧量測(cè)定的研究 本章制備了納米ZnO/TiO<,2>復(fù)合薄膜，并將其用于測(cè)定地表水等低污染水體的COD值。納米ZnO/TiO<,2>復(fù)合膜-Mn(Ⅶ)共存體系光催化降解水體中的有機(jī)物，COD值在0.3～10.0 mg/L濃度范圍內(nèi)與信號(hào)成良好的線性關(guān)系。將該方法用于實(shí)際水樣的檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果與高錳酸鉀標(biāo)

7、準(zhǔn)分析法有較好的一致性。 第四章QDs-CdS敏化TiO<,2>復(fù)合薄膜的制備及其光電催化降解甲基橙的研究 本章采用自組裝的方法在TiO<,2>薄膜上制備了QDs-CdS/TiO<,2>復(fù)合薄膜。以甲基橙為研究目標(biāo)，進(jìn)行了甲基橙光電催化動(dòng)力學(xué)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明甲基橙的降解率得到顯著提高，表現(xiàn)出優(yōu)良的光催化降解性能，說(shuō)明QDs-CdS敏化與光電催化技術(shù)結(jié)合是提高納米TiO<,2>光催化活性的一種有效途徑，從而拓展了

8、量子點(diǎn)在環(huán)境分析中的應(yīng)用范圍； 第五章新型光催化復(fù)合納米材料QD-CdS/TiO<,2>在化學(xué)需氧量測(cè)定中的應(yīng)用研究 本章以QDs-CdS/TiO<,2>為光電催化傳感器，并首次用于水樣中化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)定。由于復(fù)合薄膜比TiO<,2>薄膜具有更高的光電催化活性，因此建立的新方法提高了COD測(cè)定靈敏度和線性范圍，在15～600 mg/L范圍內(nèi)具有良好的線性響應(yīng)，相關(guān)系數(shù)為0.9998。將該傳感器用于實(shí)際水