纳米TiO2光催化剂的水热法合成及掺杂改性

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TiO2禁带宽度大、抗化学和光腐蚀、催化活性高、无毒、价廉,但其带隙较宽,只能吸收波长较短的紫外光,可见光利用率很低。为了提高二氧化钛的光催化活性,拓宽其光响应范围,掺杂改性是有效方法之一。本文采用水热法制备Fe、N和S单掺杂和共掺杂TiO2纳米粉体,借助激光粒度分析仪、TEM等手段对纳米粉体的粒度分布和组织形貌进行表征,通过甲基橙降解实验评价其光催化活性,研究元素掺杂对TiO2的晶粒大小、粒度分布及光催化性能的影响。  采用水热法分别制备了纯TiO2、铁掺杂TiO2、氮掺杂TiO2和硫掺杂TiO2四种纳米粉。研究表明,在相同水热条件下,单掺杂并未影响TiO2晶粒的生长,而是导致纳米TiO2在水溶液中的分散性下降;在紫外光下降解质量浓度为20mg/L的甲基橙溶液2h,纯TiO2降解率为39.42%,掺杂量为0.07%的Fe-TiO2降解率为44.21%,掺杂量为5.0%的N-TiO2降解率为51.43%,掺杂量为7.5%的S-TiO2降解率为45.73%;可见光下甲基橙的降解率分别为9.2%、15.7%、16.1%和15.3%;单掺杂后,TiO2的光催化活性均有所提高。  采用水热法分别制备了铁氮共掺杂TiO2、铁硫共掺杂TiO2和铁氮硫共掺杂TiO2三种纳米粉。研究表明,在相同水热条件下,共掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,导致纳米TiO2在水溶液中的分散性下降;在紫外光下降解质量浓度为20mg/L的甲基橙溶液2h,铁的掺杂量为0.05%,氮的掺杂量为5.0%,硫掺杂量为7.5%的Fe-N-S-TiO2降解率为61.54%;可见光下甲基橙的降解率为32.5%;与单掺杂的TiO2相比光催化性能明显提高,说明Fe、N和S共掺杂产生了协同效应。
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