复合掺杂光催化剂二氧化钛及改变其光催化性能的研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xiaosongshu2009
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在光催化领域,可以利用纳米光催化剂把无限的光能转化为化学能,现在纳米技术的高速发展,为纳米光催化技术的应用提供了极好的机遇,所以光催化技术成为当今科学研究的热点,其应用范围十分广泛,如污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌、防雾和自清洁功能等。纳米二氧化钛是一种被研究得最多的光催化剂,它不仅能使反应体系中的有毒重金属发生光致还原而脱毒,而且能光催化氧化水体中和空气中的绝大多数有机污染物,包括染料、表面活性剂、农药、及各种难生物降解的有毒有机污染物,降解最终产物为H2O、CO2和无害离子,二氧化钛光催化技术具有自身稳定、产物清洁、无二次污染等特点,被认为是一种最具有前途的污水深度净化技术。但是,以二氧化钛半导体为基础的光催化技术目前还存在着两个关键的科学技术难题:量子产率低和太阳能利用率低。本论文针对纳米二氧化钛这两大难题展开研究,通过改变制备条件、金属和非金属复合掺杂的一系列实验,拓宽了二氧化钛的吸收波长,并提高其光催化氧化的活性。 首先,本课题研究了二氧化钛的制备方法及其各个制备条件对光催化活性的影响。实验结果表明,水解温度、陈化时间、烘干温度和时间对催化剂的活性没有太大影响,而溶液配比、pH值和煅烧温度是影响催化剂活性的关键因素,特别是煅烧温度,因为它决定了二氧化钛的晶型和粒径的大小。 接着,本课题研究了金属、非金属掺杂以及复合掺杂光催化剂二氧化钛改变其光催化性能。本实验采用溶胶-凝胶法制备纯的纳米TiO2和掺杂的TiO2,在高压汞灯和氙灯的照射下,即在紫外光和可见光下,通过降解甲基橙测试其光催化活性。比较一系列的实验数据,我们得出:Gd和Ho两种稀土元素的掺杂明显提高了TiO2在紫外灯下的光催化活性,而非金属N的掺杂使TiO2的吸收波长发生红移,提高了其在氙灯下的光催化活性。TiO2、TiO2-Gd、TiO2-Ho、TiO2-N、TiO2-Gd-N和TiO2-Ho-N的最佳煅烧温度分别是400℃、600℃、550℃、400℃、500℃和500℃。一般而言,金属掺杂的TiO2在煅烧温度较高的时候效果比较好,而非金属掺杂则在低温下煅烧才有效果。
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