納米TiO-,2-光催化劑摻雜改性與負載的研究.pdf

1、半導體TiO<,2>可有效降解水中難生物降解的有機污染物。本文采用溶膠-凝膠法，制備了純TiO<,2>、過渡金屬離子單摻雜TiO<,2>、稀土金屬離子單摻雜TiO<,2>以及過渡金屬離子與稀土金屬離子共摻雜TiO<,2>，并以ACF為載體，制備了負載有TiO<,2>薄膜的復合光催化材料。以染料分子為模擬污染物考察了它們的光催化性能。 以鈦酸丁酯為前驅體，冰醋酸為水解抑制劑，乙醇為溶劑，制備TiO<,2>納米粒子時，制備工藝參數(shù)對

2、其光催化活性影響較大，其影響主次為煅燒溫度、冰醋酸加入量、蒸餾水加入量、無水乙醇用量。煅燒溫度對納米TiO<,2>晶型、晶粒尺寸、光吸收特性等產(chǎn)生影響，從而影響TiO<,2>的光催化性能。 過渡金屬離子Cr、Fe的摻雜可抑制TiO<,2>晶粒的生長，引起TiO<,2>晶格的畸變和和晶胞體積的改變，拓寬TiO<,2>的光吸收范圍，適量Cr、Fe的摻雜可提高TiO<,2>的光催化活性，最佳摻雜量均為0.05％。稀土金屬離子的摻雜可抑

3、制TiO<,2>晶粒的生長，阻礙TiO<,2>相變的發(fā)生，引起TiO<,2>晶格的畸變和膨脹，以及吸收帶邊的紅移，適量的摻雜可提高TiO<,2>的光催化性能，Y、Ce、Sm、Eu的最佳摻雜量依次為0.1％、0.05％、0.1％、0.1％。煅燒溫度可影響催化劑的晶粒尺寸、晶型、光吸收特性、晶格畸變和膨脹程度以及摻雜離子進入TiO<,2>晶格的能力，從而對摻雜納米TiO<,2>的光催化性能產(chǎn)生影響。本實驗的最佳煅燒溫度為600℃。Sm摻雜納

4、米TiO<,2>在可見光下具有很好的光催化活性。 在Fe、Ho共摻雜和V、La共摻雜體系中，過渡金屬離子摻雜促進TiO<,2>晶型的轉變，稀土金屬離子摻雜則抑制晶型的轉變，共摻雜時，兩種作用相互中和，且抑制作用占優(yōu)勢。與單摻雜相比，共摻雜由于摻入的兩種離子產(chǎn)生不同的作用，過渡金屬離子摻雜拓寬TiO<,2>光吸收范圍，稀土金屬離子摻雜抑制光生電子-空穴對的復合，二者協(xié)同作用可進一步提高了TiO<,2>的光催化活性。Fe、Ho共摻雜

5、提高了納米TiO<,2>表面羥基基團的量，V、La共摻雜降低了表面羥基基團的量，導致Fe、Ho共摻雜TiO<,2>的光催化性能更高。共摻雜光催化性能不僅受各自摻雜量的影響，還受兩種摻雜離子濃度配比的影響，F(xiàn)e、Ho共摻雜體系，最佳摻雜離子濃度配比為0.05％的Fe和0.5％的Ho。V、La共摻雜體系，最佳摻雜離子濃度配比為0.05％的V和0.05％的La。煅燒溫度對共摻雜TiO<,2>光催化性能影響較大，最佳煅燒溫度為600℃。兩種共摻

6、雜TiO<,2>在可見光下具有光催化降解甲基橙的能力，且光催化活性較純TiO<,2>有較大提高，這與摻雜使其粒徑的減小、電子-空穴對復合的抑制、對可見光吸收的增強等因素有關。 負載體系中，TiO<,2>以薄膜的形式包覆在ACF的表面，在ACF條帶狀溝槽處的薄膜煅燒時容易開裂，裂口處是負載體系結合性的薄弱環(huán)節(jié)。煅燒溫度對ACF表面TiO<,2>的負載量和薄膜的最終結構形態(tài)起著十分重要的影響。負載樣品的微孔分布集中，主要為2 nm以