掺杂改性纳米tio,2光催化剂的制备、表征及光催化活性的研究

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1、山东大学硕士学位论文掺杂改性纳米TiO<,2>光催化剂的制备、表征及光催化活性的研究姓名：王振华申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：主沉浮20070520山东大学硕士学位论文摘要纳米二氧化钛是一种重要的绿色环保材料，因具有带隙能适中，对污染物吸附能力强、光催化效率性高，可催化多种污染物，无毒、反应条件温和、操作简便、可减少二次污染等特点而日益受到人们的关注，在废水处理、空气净化、抗菌杀菌、防晒护肤、功能陶瓷等诸多领域有着诱人的应用前景。本研究以钛酸四丁酯为钛源、无水乙醇为溶剂、浓硝酸为抑制剂，采用溶胶凝胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。考察了

2、原料配比、pH值、自然陈化时间、干燥方式、煅烧温度以及煅烧时闻对纳米Ti晚晶型组成、形貌、粒径大小以及催化活性的影响。研究了Ti02纳米颗粒硬团聚现象形成的机理，利用非均相共沸蒸馏工艺对溶胶凝胶法形成的胶体进行脱水处理，防止干燥和煅烧过程中硬团聚体的形成。通过x射线衍射、场扫描电子显微镜、差热分析等表征制得纳米粉体，结果证明：非均相共沸蒸馏工艺能够有效地脱除二氧化钛制备工艺中的水份，制得了颗粒分散性较好、疏松的Ti02纳米粉体。通过实验确定了Ti02纳米粉体的实验室制备工艺流程及工艺条件．同时，利用x射线衍射、场扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、

3、差热分析、紫外可见吸收光谱等对所制得的二氧化钛粉体进行了表征，研究了Ti02粉体在煅烧过程中的粒径、晶相变化以及其光催化活性。为进一步提高纳米二氧化钛光催化剂的活性，在深入分析二氧化钛光催化机理的基础上，采用金属离子掺杂的方法对二氧化钛光催化剂进行改性研究。选取了金属离子Fe3+、pb2+、Ni2+、Zn2+，SP作为掺杂元素，采用溶胶一凝胶法制备了掺杂改性的纳米二氧化钛光催化剂。通过x射线衍射及场扫描电子显微镜分析，考察了各金属离子掺杂对二氧化钛粉体的晶型结构、晶粒尺寸的影响。通过降解模拟氧化乐果废水，研究了各离子掺杂对二氧化钛光催化活性的影响

4、，确定了最佳掺杂煅烧温度以及最佳掺杂比例，初步探讨了金属离子掺杂对二氧化钛粉体光催化活性影响的机理。在单一金属离子掺杂改性的基础上，本论文首次采用Pb-N、Ni-N、FeN等三种体系对二氧化钛进行共掺杂改性。通过紫外可见吸收光谱，考察了共掺杂二氧化钛纳米晶对可见光的吸收能力。在可见光(350

5、度的红移，对可见光的吸收有了明显提高；对于可见光下甲基橙的光催化降解，共掺杂纳米晶的催化活性均高于单一掺杂的Ti02纳米粉体，共掺杂元素间起到了良好的协同作用，促进了光催化活性的提高。关键词：二氧化钛；掺杂；共掺杂；光催化；降解。Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTNano-filaniumdioxideisallimportantgreenmaterial诵mbroadband-gap．whichc锄bemoderate,strongadsorptionofpollutants，highphotocatalyticefficiency,can

6、catalyzeavarietyofpollutants，nontoxic，mildreactionconditionsandtheoperationissimpleandcouldreducesecondarypollution．Nano-titaniumdioxideisattractingthepeople'sgrowingc011c．宅1"11inwastewatertreatment，airpurification,disinfectionantibacterial，skincare，Ceramicsanditwillhavepoten

7、tialapplicationsinmanyotherfields．Inourstudy,nano-titaniumdioxidecatalystsispreparedbysol·gelmethodwithtetrabutyltitanateastitaniumSOUl"∞，anhydrousalcoholaBsolventandtheconcenU'atednitricacidasinhibitor．Factorsaffectingnano-TiOzcrystalcomposition,morphology,particlesizeandpho

8、tocatalyticactivitysuch勰themoleratio，pHvalue，thenaturalagingtime．dry