探讨制备奈米tio2极板及其光触媒应用

《探讨制备奈米tio2极板及其光触媒应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、探討製備奈米TiO2極板及其光觸媒應用1章日行2洪志毅3沈善鎰1、2朝陽科技大學環境工程與管理學系研究所3國立中興大學環境工程學系研究所摘要奈米觸媒極板於水環境應用廣泛，在水環境下，其可經由光能激發產生具有強氧化能力之氫氧自由基，達到快速分解水中污染物之成效；在許多觸媒極板材料中，二氧化鈦因具有良好的化學穩定性、高氧化能力及無毒等特性，受到普遍的使用及研究。然而，極板表面之顆粒尺寸、排列狀況對於觸媒活性間的相互關係，仍有待驗證與探討。因此，本研究製備不同粒徑之奈米二氧化鈦觸媒極板，並透過各式貴重儀器了解極板之基本特性

2、；同時進行光催化的甲基橙染料降解試驗，以探究不同表面顆粒尺寸的觸媒極板基本性質的差異與其光觸媒活性之變化。本試驗所使用之奈米二氧化鈦粉末為市售Degussa,P-25(約30nm)及Degussa,P-90(約20nm)兩種，將奈米粉末與反應溶液混合，再利用拉升方式完成奈米二氧化鈦觸媒極板製備。由場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)與能量散布光譜儀(EDS)觀察得知，利用P-25粉末所製備之極板其平均顆粒尺度約為30nm，使用P-90粉末平均則約為20nm且表面成分主要以Ti和O元素組成，此外，奈米級二氧化鈦顆粒不

3、僅有效地披覆於ITO基材上，且粒子排列整齊並為圓形顆粒，能達到披覆前後顆粒尺寸規格化之特色；利用X光繞射分析儀(XRD)證實，設定鍛燒溫度於500oC時，奈米觸媒極板表面仍以銳鈦礦結晶體為主要晶形；利用比表面積儀測定得知，由P-90粉末製備之極板比表面積為32m2g-1(P-25極板為21m2g-1)，顯示因顆粒尺寸縮小造成比表面積有提升趨勢；經由光觸媒系統得知，由P-90粉末完成之極板對於染料廢水之色度去除效率最高可達96%，相較於P-25極板可減少約兩小時的處理時間。關鍵詞：二氧化鈦、P-25、奈米級、光觸媒一、

4、前言及研究目的觸媒材料於近十幾年來蓬勃的發展，並大幅的應用於環境污染物之處理，觸媒材料包括TiO2、ZrO2、ZnO、SnO2、Fe2O3、ZnS等材料[1]，且在眾多的觸媒材料當中，二氧化鈦是被認為頗具有淨化環境潛力的材料，主要因二氧化鈦具有較高的光催化活性、物理性及化學穩定及價格低廉等優點，常受到許多學者廣泛的應用與研究。而在自然界中，二氧化鈦主要以三種晶相存在，分別為銳鈦礦(anatase)、金紅石(rutile)、以及較少見到的板鈦礦(brookite)晶相[2]，其中，最常見且被廣泛應用於光催化劑的晶相為銳

5、鈦礦及金紅石兩種晶相，因此常被廣泛研究探討。二氧化鈦晶相的差異取決於製備過程中的煅燒溫度，而銳鈦礦晶相轉移為金紅石晶相時，兩相轉移溫度約為600oC左右[3-4]，因此，製備過程中控制鍛燒溫度有其必要性。二氧化鈦被廣泛的應用於光催化系統中，其主要利用二氧化鈦受到足夠光能照射光照射後產生電子-電洞對，再與污染物中的水反應後形成具有強氧化能力的氫氧自由基，再透過氫氧自由基分解有機污染物成為不具毒性的物質，以達到降解效果[5-9]。二氧化鈦可用不同的方式進行光催化系統的應用，例如粉體、塊材、薄膜等形式。其中，薄膜形式較能提

6、高光催化活性且其應用範圍更加廣泛[10]，可有效降解水和大氣中的有機污染物[11]。一般製備二氧化鈦的方法有含浸法[12]、真空濺鍍法[13]、溶膠凝膠法[14]、化學氣相沉積法[15]等方法，以上方法皆能得到高品質之觸媒；其中，又以含浸法運用於製備薄膜時，相較上述其他方法較為簡易且便宜，試驗過程中較不需使用昂貴儀器[16]。此外，由於二氧化鈦獨特的性能，在製備過程中可以各種材料作為基材，例如玻璃、石英、陶瓷磚、鈦板、導電玻璃等[17]，二氧化鈦極板的多樣化由此可見。奈米觸媒極板於水環境應用廣泛，在水環境下，其可經由

7、光能激發產生具有強氧化能力之氫氧自由基，達到快速分解水中污染物之成效；然而，極板表面之顆粒尺寸、排列狀況對於觸媒活性間的影響，仍有待驗證與探討。因此，本研究製備不同粒徑之奈米二氧化鈦觸媒極板，並透過各式貴重儀器了解極板之基本特性；同時進行光催化的甲基橙染料降解試驗，以探究不同表面顆粒尺寸的觸媒極板基本性質的差異與其光觸媒活性之變化。二、實驗方法2-1材料與方法本試驗過程係利用含浸法方式製備奈米觸媒極板，製備過程分別使用試驗粉末為市售DegussaP-25及P-90奈米粉末，分散劑則是選用琥珀酸(CH3CH2OH：95

8、%)，極板反應溶液種類為硫酸(H2SO4：95%；供應商：MERCK)與過氧化氫(H2O2：30%；供應商：SIGMA-ALORICH)，酒精(95%)，極板基材則是選用氧化銦錫玻璃(Indium-TinOxide,ITO)。光觸媒試驗中，分析試驗之目標物為甲基橙(MethylOrange；供應商：ACROSORGANICS)，藥品配製皆以電阻