论文部分内容阅读
纳米TiO2半导体光催化氧化以其高强的氧化能力能够将绝大多数有机污染物降解并最终完全矿化为CO2、H2O及其它无机小分子物质,从而消除对环境的污染。该技术具有成本低、效率高、操作简便、反应条件温和、无毒、无二次污染等突出优点,因此具有广阔的应用前景。但是,TiO2的带隙能较大(Eg=3.2eV),需要能量较高的紫外线(λ≤387.5nm)照射才能表现出光催化活性,不能有效利用太阳能,且量子产率较低,这成为制约其大规模实用化的一个瓶颈问题。目前,具有可见光响应、高量子产率、低成本的纳米TiO2光催化剂的研究开发成为该技术的核心问题。本论文采用廉价易得的无机盐TiCl4为原料进行加热水解制备纳米TiO2,使用XRD、SEM等表征手段研究了初始钛浓度、水解温度及添加SO42-阴离子对TiO2粉体粒径、形貌和晶相组成的影响,制备出粒径约34nm、晶相组成可控、呈球形的纳米TiO2粉体。使用TiCl4加热水解制备纳米TiO2的烧结前产物——水合氧化钛,选用碳酸铵和硫脲等常见化学试剂作为氮、硫来源,通过机械化学法合成了非金属氮、硫掺杂改性的纳米TiO2。使用XRD、SEM等表征手段研究了机械化学制备过程对粉体粒径、形貌和晶相组成的影响;使用XPS研究了掺杂元素氮、硫在改性纳米TiO2表面和体相的化学态及浓度;使用UV-Vis研究了纳米TiO2掺杂前后的UV-Vis吸收光谱。结果表明,氮、硫以N3-、S6+和S4+的形式掺杂进入TiO2表面及表层体相结构中,使纳米TiO2在波长400~650nm的可见光区有了较显著的光吸收。采用苯酚水溶液作为模拟有机污水,研究了掺杂改性前后纳米TiO2在天然太阳光和人工紫外光照射下的光催化活性。结果表明,氮、硫掺杂提高了纳米TiO2在天然太阳光照射下的光催化活性。通过与紫外光照射下催化活性的比较分析,得出结论:氮、硫掺杂改性使纳米TiO2实现了一定的可见光催化活性。