掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究

掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究作者：胡燕学位授予单位：中国石油大学(华东)相似文献(10条)1.会议论文余火根.S.C.Lee.余家国.C.H.Ao玻璃纤维表面固载高活性均匀分散的二氧化钛颗粒光催化剂2006近年来,为了解决日益严重的环境污染问题,高活性二氧化钛光催化材料的研究开发受到了世界各国政府和研究人员的广泛重视.纳米TiO2粉末光催化剂在处理废水过程中由于具有高的比表面积而通常表现出很高的光催化活性,但由于粉末光催化剂在使用过程中易于团聚和使用后难于从溶液中分离出来,因而粉末光催化剂的广泛应用受到很大的限制.为了克服粉末光催化剂难于分离的缺点,通常把TiO2纳米粒子固载于各种基体表面(如玻璃)形成薄膜光催化剂.然而,这种薄膜光催化剂的形成明显减少了纳米粒子的比表面积,导致光催化剂活性的降低.为了克服粉末和薄膜光催化剂在使用过程中存在的不足,本实验将TiO2纳米粒子均匀分散地点缀在玻璃纤维表面,这样既可以保持粉末光催化剂高比表面积,又具有薄膜光催化剂在使用后易于从溶液中分离出来的优点,可为制备高活性TiO2光催化剂提供新的视野.该方法所获得的玻璃纤维表面固载的二氧化钛颗粒光催化剂可克服粉末和薄膜光催化剂的缺点,同时具有比同类薄膜光催化剂更低的失活速率和更高的光催化活性。2.学位论文孟艳玲共掺杂型二氧化钛可见光催化剂的制备、表征及其催化性质的研究2007太阳能的利用，环境污染的控制与治理是人类面临和亟待解决的重大课题。二氧化钛光催化剂是具有代表性的一种n型半导体氧化物，广泛应用于气相及水溶液中有机污染物的降解、除臭、自洁杀菌以及光电转换等领域。但是二氧化钛的禁带较宽(锐钛矿的Eg≈3.2eV)，光催化吸收仅限于紫外光区，而太阳能中紫外光的含量仅仅占3％-5％。因此，通过修饰或改性使得二氧化钛响应长波长的可见光部分，高效利用太阳能来解决环境和能源问题已成为二氧化钛光催化研究领域的一大热点。本论文工作以具有可见光催化活性的共掺杂型二氧化钛纳米材料为主要研究对象。主要是利用溶胶一凝胶法并结合其他一些辅助手段制备出金属或非金属共掺杂的二氧化钛光催化剂，提高其在可见光区域降解污染物的光催化性能。(1)利用溶胶．凝胶法制备出氮氟共掺杂的二氧化钛纳米粉体。与其他制备氮氟共掺杂纳米二氧化钛的方法相比，本方法具有耗能低、操作简单易行、掺杂离子分布均匀等优点。实验结果表明，在Ti：F摩尔比为1：1.8、500度煅烧条件下制备得到的锐钛矿型氮氟共掺杂二氧化钛光催化剂的催化活性最佳，在可见光区降解亚甲基兰污染物的效果最好。通过X射线电子能谱(XPS)等表征，二氧化钛所表现出的可见光催化活性与氮和氟共掺杂所形成协同效应有关，但是关于元素共掺杂的协同机理目前还处于探讨阶段。(2)以吡啶、硫脲等为碳源；Bi(NO,3),2·5H,2O为铋源，成功制备出铋碳共掺杂二氧化钛光催化剂。分别用紫外．可见漫反射光谱(UV-vis)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和N,2吸附-脱附平衡等温曲线(BET)等对样品进行了结构方面的表征，并在可见光条件下考察了其对靛红溶液的催化降解作用。光催化性能评价结果显示，以吡啶为碳源、结合溶胶．凝胶法和高温陈化法、钛和吡啶摩尔比为1：6、500度煅烧条件下所得到的铋碳共掺杂二氧化钛催化剂的催化活性最佳；而以硫脲为碳源，利用溶胶．凝胶法制备的铋碳共掺杂二氧化钛纳米粉体在可见光条件下表现出优异的光催化性能，50分钟可100％降解20mg/L靛红溶液，后续的表征和催化研究等大量工作还在进行中。本论文采用溶胶－凝胶法制各出了两种金属或非金属共掺杂的二氧化钛纳米粉体，并系统研究了这两种粉体材料的制备过程以及结构与性能的关系。元素共掺杂可以充分利用两种元素的特点及其协同作用，在较大程度上提高二氧化钛的光催化性能。虽然共掺杂的协同效应机理还没有统一具体的说法，但我们制备共掺杂样品所使用的溶胶．凝胶法，必将为其他金属或非金属掺杂或共掺杂二氧化钛光催化剂的开发和研究提供有意义的参考。3.会议论文张金龙新型二氧化钛光催化剂的制备研究2006近年来发展起来的以纳米半导体金属氧化物为催化剂的光催化技术,利用半导体光催化剂把光能转化成电能和化学能成为最热门的研究之一.特别是纳米技术的高速发展,为纳米光催化剂的研究提供了极好的机遇,尤其是在环境与能源问题上,以纳米半导体氧化物特别是二氧化钛为催化剂的多相光催化过程以及室温深度反应;能直接利用太阳光作为光源来激活光催化剂驱动氧化--还原反应为独特性能的纳米光催化技术将是一种理想而有广泛应用前景的污染治理技术.各国都在努力早日将纳米光催化技术应用到能源利用和环境污染治理中去.要实现这个目标,还需要解决以下一些关键问题:(1)量子效率低,难以处理量大且浓度高的工业废气和废水;(2)太阳能利用率低,由于纳米二氧化钛半导体的能带结构(Eg=3.2eV)决定了其只能吸收利用太阳光中的紫外部分;(3)纳米光催化剂的负载技术及其在环境友好化学反应中的应用技术研究.本文围绕着上述问题,在新型多功能光催化剂的制备方面,开展了以下的研究工作.1.多功能介孔二氧化钛光催化剂的制备，2.可利用可见光的过渡金属掺杂光催化剂的制备和研綻`靠3.形貌和晶形可控纳米二氧化钛光催化剂的制备研究，4.非金属掺杂和贵金属负载的光催化剂的制备和表征。4.学位论文敖燕辉基于悬浮体系的二氧化钛光催化剂研究及应用2008纳米二氧化钛光催化已经作为一种高级氧化过程展现在人们面前，该技术几乎可以降解所有的有机污染物，并有望利用太阳光。因此，基于纳米二氧化钛的环境光催化是一种颇有前景的环境治理技术。根据催化剂存在的形式，二氧化钛光催化体系可以分为两种：固定式光催化体系和悬浮光催化体系。悬浮光催化体系就是将催化剂直接加入待处理的废水中，悬浮体系具有如下优点：处理容量大，用于吸收、反应的有效催化表面积大，污染物从液体到光催化剂的有效传质等。但是，其缺点就是反应催化剂的分离回收困难。本文针对悬浮光催化体系，围绕着“开发高效且易于回收的新型光催化剂”这一目标，深入研究了一系列新型光催化剂的制备及其光催化性能的研究。并针对其特点设计和应用了新型的光催化反应器。主要研究工作如下：1.以水热法制备的碳纳米球为模板制备了不同尺寸的空心TiO2微球，由于碳球表面富含-OH和-C=O，用其作空心球模板时不再需要进行表面改性。另一方面，由于整个碳纳米球的制备过程不会产生有毒物质，因此碳纳米球是一种绿色模板。以活性染料X-3B为模拟降解物考察了不同空心球在紫外光照射下的光催化性能，结果表明光催化性能都要好于P25，最好的一种空心球的降解速率是P25的4.5倍。此外，以碳纳米球为模板，尿素为掺杂源，制备了氮掺杂的二氧化钛空心球。以X-3B为模型降解物研究了所制备的氮掺杂二氧化钛空心球的可见光催化性能，结果表明其表观速率常数达到0.015min-1，是P25的16倍。2.在低温(75℃)情况下制备了TiO2/活性炭二元复合光催化剂。以苯酚为模拟降解物考察了其光催化性能，发现降解速率是P25和纯TiO2的4和5倍。研究了苯酚降解过程中的中间产物分布，发现主要中间产物为对苯二酚。而纯二氧化钛作催化剂时中间产物主要有对苯二酚和邻苯二酚。借助Scatchard模型，从催化剂对中间产物的吸附能力解释了两种催化剂中间产物分布的不同。通过设计的脱附实验表明：紫外辐照后，复合光催化剂上不会产生苯酚累计性吸附。3.制备了碳包埋Fe3O4磁性粒子负载的TiO2光催化剂。所制备的催化剂可以被很好地磁分离。通过对反应后的溶液进行元素分析发现光溶解现象被有效的消除了，说明碳层能有效地阻隔Fe3O4和TiO2。研究发现，其对苯酚的降解速率分别是P25和纯TiO2的1.6和2.3倍。4.从TiO2-AC二元复合光催化剂的协同效应出发，将活性炭的吸附能力、Fe3O4的可磁分离性和TiO2的光催化性能结合起来构成新型的三元复合光催化剂。研究发现该复合光催化剂具有很好的磁性，借助一个外加磁场能够容易地将其从水溶液中分离出来，在磁分离后，通过超声的方法又能将其分散到水中。研究了紫外光照射时，Fe3O4/活性炭比例对复合光催化剂光催化性能的影响，发现随着Fe3O4/活性炭的增加其光催化性能先增强再减弱，Fe3O4/活性炭等于1：5时，催化剂的光催化性能最高，此时的降解速率是P25的8.5倍。通过对催化剂的循环使用发现，其重复利用性能良好，经过6周期的使用后对苯酚的降解率仍然高于80％。以X-3B和4-CP为目标降解物，研究了三元复合光催化剂在可见光下的光催化性能，发现该催化剂在可见光照射时仍然具有很高的催化活性，对X-3B和4-CP的降解表观速率常数分别为0.021min-1和0.82h-1。5.设计了一种可全天候高效运转的太阳能光催化氧化水处理装置。并选用自制的可磁分离复合光催化剂的悬浮体系来研究此反应器的性能，发现在太阳光照射时X-3B和苯酚的降解率分别为97.1％和94.5％，而且催化剂比较容易分离并重复利用，经过5次使用后，对X-3B的降解率仍然高于85％。5.会议论文廖世军.黄冬根锐钛矿型氮氟共掺杂二氧化钛溶胶光催化剂2006早在1940年,二氧化钛溶胶作为一种原材料,应用于化妆品及食品包装材料,因为它具有吸收屏蔽紫外线的作用.作为一种光催化剂,与粉体相比,二氧化钛溶胶具有许多优势:粒径小、粒子分布均匀、在水中分散性好;(2)可以涂覆在各种基体材料的表面,其中包括热稳定性差及不能受热的基体材料表面,如塑料、木材、精密陶瓷及纸张等.然而,通常认为,没有经过高温处理的溶胶是无定型的,而无定型的二氧化钛光催化活性很低.另一方面,二氧化钛粒子的带隙较宽(如锐钛矿型是3.2eV),只对紫外光有响应(波长小于387.5nm),这限制了它在可见光区的应用.为了克服这一缺陷,已有许多成功的实验报道,主要集中在金属离子掺杂、非金属金属离子掺杂等,根据报道,改性后的溶胶粒子催化活性有明显改善.非金属元素氮或氟掺杂二氧化钛粉体催化剂有很多报道,但是,氮氟共掺杂改性的锐钛矿型二氧化钛溶胶光催化剂未见报道。本文研究锐钛矿型氮氟共掺杂二氧化钛溶胶光催化剂。6.会议论文全学军.赵清华.谭怀琴.桑雪梅共沉淀法制备掺镧二氧化钛光催化剂研究2006首次用共沉淀法制备了掺镧二氧化钛光催化剂(La3+-TiO2),用罗开明B为模型污染物对其光催化活性进行了评价,并用XRD、SEM和电子探针分析了用共沉淀法和溶胶-凝胶法制得的光催化剂之间的差异.实验结果表明:用共沉淀法制备的La3+-TiO2具有较高的光催化活性,光催化剂的粒子和团聚体形态受掺杂过程的影响.与溶胶-凝胶法相比,共沉淀法能够提高镧对TiO2晶相由锐钛型向金红石型转化的抑制作用,有利于通过较高的热处理温度获得晶格完整的锐钛型La3+-TiO2光催化剂.镧的最佳掺杂量大约为1﹪,对于用共沉淀法和溶胶-凝胶法制得的掺镧1﹪的光催化剂,其表面上[O]/[Ti]原子比约为2.49,用共沉淀法制得的掺镧光催化剂具有较高活性的原因可能主要在于其较完整的锐钛型结构.光催化剂的粒子形态和表面上Ti3+的不同含量可能是导致光催化活性差异的因素.用共沉淀法制备La3+-TiO2的最佳条件为:掺镧量1﹪;煅烧温度800℃;煅烧时间2h.由于共沉淀法使用价格相对便宜的无机原料,不用有机溶剂,过程较简单,因而在工业生产上具有较大的应用前景.7.学位论文任文杰介孔C掺杂二氧化钛光催化剂的低温制备及表征2008TiO2光催化剂在污水和空气净化方面的应用得到越来越多的重视。但由于其能带较宽(3.2eV)，只能被波长小于387nm的紫外光激发。由于上述波段的光能量只占太阳光中能量的3～5％左右，因此为了更有效地利用太阳光中的可见光能量，开发对可见光响应的、高活性TiO2光催化剂显得十分必要。本文以葡萄糖和无定型TiO2为前驱物在低温条件下制备出了具有可见光活性的碳掺杂TiO2光催化剂。与先前文献报道的高温合成碳掺杂TiO2的方法不同，本研究在160℃水热反应的条件