掺铁二氧化钛的制备及其对罗丹明b的降解论文

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1、掺铁二氧化钛的制备及其对罗丹明B的降解毕业论文目录摘要IAbstractII1绪论11.1引言11.2纳米TiO2光催化机理11.3纳米TiO2的改性方法21.4纳米TiO2的发展概况31.5纳米TiO2光催化氧化技术的研究现状及应用前景41.6本课题研究的目的和意义52纯TiO2和掺铁TiO2的制备72.1实验原理72.2主要实验设备和药品72.3二氧化钛和掺铁二氧化钛的制备过程82.4正交实验确定制备TiO2各药品配比82.5正交实验确定制备Fe-TiO2最佳条件102.6Fe-TiO2光催化剂制备条件的影响122.6.1锻烧温度的影响122.6.2锻烧时间的影响132

2、.6.3掺铁量W(Fe3+/TiO2)的影响142.7小结153光催化实验及其影响因素163.1光催化机理163.2光催化降解实验173.2.1实验方法173.2.2分析方法183.3处理溶液pH的影响193.4光催化时间影响203.5小结21结论222参考文献23致谢2521绪论1.1引言二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，英文：Titanium(IV)oxide。多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，白色固体或粉末状的两性氧化物，易结合在一起。分子量79.87，市场销售的纯度为≥99.0%。二氧化钛的熔点1830～1850℃，沸点2500～3000℃。自然界存

3、在的二氧化钛有三种变体：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。二氧化钛在水中的溶解度很小，但可溶于酸，也可溶于碱。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。1.2纳米TiO2光催化机理实验证明：二氧化钛晶体有三种结构：锐钛矿型、金红石型、板钛矿型，其中锐钛矿型TiO2具有较好光催化作用，属N型半导体。N型半导体吸收了能量大于或等于禁带宽度的光子后，价带上电

4、子跃过价带进入导带。价带上则形成光致空穴。对于锐钛矿型TiO2，其带隙能为3.2eV，相当于387nm光。TiO2+hv→h++e-(1.1)e-—导带上的光致电子h+—代表TiO2光致空穴h+具有很强的捕获电子能力，具有极强的氧化性；e-具有很强的还原性，在半导体表面形成很强的氧化还原体系，在水溶液中时产生以下反应[1]：h++H2O——H++•OH(1.2)O2+2e-+2H+——H2O2(1.3)H2O2+·O2-——•OH+OH-+O2(1.4)h++OH-——•OH(1.5)•OH不稳定，具有很高活性，氧化能力比H2O2，O3强，能氧化难降解有机物，将有机物的C、

5、H、S分别氧化成CO2、H2O、SO42-。1.3纳米TiO2的改性方法TiO2催化剂由于禁带较宽[2]（E=3.2eV），只能被波长小于或等于387nm的近紫外部分所激发，这部分光只占太阳光的一小部分（仅为4%），不能充分利用太阳光。另外，光生载流子（e-、h+）容易复合，在催化剂的表面的复合是在小于10~9秒的时间内完成。因此，如何减少光生载流子（e-、h+）的复合几率、扩展TiO2催化剂的光响应范围至可见光区，提高对太阳能的利用效率的有效途径是对TiO2催化剂表面进行修饰。如金属离子掺杂、贵金属的沉积、复合半导体、表面敏化等。（1）金属离子过渡金氧化物掺杂可以在TiO

6、2晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度，抑制电子空穴对的复合，延长载流子的寿命。过渡金属的变价以及3d轨道对TiO2半导体的光电化学性质有很大的影响，同时某些金属离子的掺杂还可以扩展光吸收范围，所以过渡金属离子的掺杂改性是提高光催化活性的一个有效方法。大量的研究表明：掺入过渡金属离子可改善TiO2的光催化性能。稀土因为其特殊的电子层结构，具有一般元素无法比拟的光谱特性，具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子形成的化合物的4f电子可以在f-f组态之间或f-d组态之间的发生跃迁。（2）沉积贵金属[3-4]在二氧化钛中引入贵金属粒子可以对半导体进行改性。因为贵金属沉积在催化剂表面时，光

7、激发产生的电子e-立即转移到贵金属上，随后将贵金属表面吸附的氧化组分如O2还原，还原组分则被表面的光生空穴h+氧化，从而有效的减少了光生载流（e-、h+）复合，提高光催化活性。常见的贵金属有Pt、Pd、Au、Ag、Ru等。已有多种方法对沉积了贵金属的半导体进行表征，并探讨了沉积的作用机理。（3）复合半导体复合半导体是由两种不同的半导体复合而成，由于半导体禁带宽不同，复合半导体可以扩展波长的响应范围，提高电荷的分离能力，从而具有比单一半导体更加优越的性质。将窄禁带的半导体CdS引入到宽禁带的半导体TiO2中构成复合半