氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究

论文摘要

二氧化钛（TiO2）具有催化活性高、化学性质稳定、成本低、无毒等优点而倍受人们青睐,是当今被研究最多的光催化剂,其应用范围极其广泛,如污水处理、空气净化、灭菌消毒、皮革工业、化妆品等领域有着巨大的潜在应用价值。它不仅能使光能转化为化学能,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CO2、H2O和无害离子。TiO2是一种宽禁带半导体,带隙能为3.2 eV,相当于波长为387.5 nm光子的能量,只有波长小于387.5 nm的紫外光激发才会产生光催化效应,产生具有很强氧化和还原能力的空穴（h+）和电子（e-）,这些h+和e-与OH-或H2O结合会产生氧化性很强的·OH自由基,使许多化学反应发生。而太阳光中紫外光部分所占的能量只有2%-4%,因此通过表面修饰等方法改善TiO2可见光催化活性成为了光催化领域一个研究热点,如金属或非金属离子掺杂。本文通过溶胶-凝胶法对TiO2进行掺杂,将酸性红B和双酚A（BPA）作为目标污染物,研究N,F-TiO2的可见光催化活性。采用三种方法制备了N,F-TiO2,分别标记为N,F-TiO2（1）,N,F-TiO2（2）,N,F-TiO2（3）,并对三者的光催化活性进行比较,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对酸性红B降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L-1的酸性红B溶液,可见光照射4.0 h时,N,F-TiO2（1）催化可见光照射对酸性红B的降解效果最好,达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Ce,N,F-TiO2,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L-1的BPA溶液,可见光照射8.0 h时,Ce,N,F-TiO2催化可见光照射对BPA的降解效果达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Fe,N,F-TiO2,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L-1的BPA溶液,可见光照射4.0 h时,Fe,N,F-TiO2催化可见光照射对BPA的降解率达到100%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 2 光催化技术简介'>0.1 TiO₂光催化技术简介
• 2 光催化反应机理'>0.1.1 TiO₂光催化反应机理
• 2 简介'>0.1.2 TiO₂简介
• 2 光催化研究进展'>0.1.3 纳米TiO₂光催化研究进展
• 2 的修饰改性'>0.1.4 TiO₂的修饰改性
• 2 粒子制备方法'>0.2 纳米TiO₂粒子制备方法
• 0.2.1 物理法
• 0.2.2 化学法
• 0.3 有机污染物简介
• 0.3.1 染料简介
• 0.3.2 内分泌干扰物双酚A（BPA）简介
• 0.4 研究意义与内容
• 第1章 氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 仪器设备
• 1.2.2 实验试剂
• 1.2.3 实验方法
• 1.2.4 催化剂表征
• 1.2.5 光催化活性的测定
• 1.3 结果与讨论
• 2 的XRD 图'>1.3.1 N,F-TiO₂ 的XRD 图
• 1.3.2 酸性红B 溶液的紫外光谱
• 1.3.3 氮氟掺杂量对催化剂光催化活性的影响
• 1.3.4 焙烧温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响
• 1.3.5 可见光照射时间对酸性红B 降解效果的影响以及反应动力学
• 1.3.6 催化剂加入量对酸性红B 降解效果的影响
• 1.3.7 初始浓度对酸性红B 降解效果的影响
• 1.3.8 酸度对酸性红B 降解效果的影响
• 1.3.9 功率对酸性红B 降解效果的影响
• 1.3.10 氢氧自由基的测定
• 1.3.11 光催化活性机理的探讨
• 1.4 小结
• 第2章 铈氮氟掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器设备
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 催化剂表征
• 2.2.5 光催化活性的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2 的XRD 图'>2.3.1 Ce,N,F-TiO₂ 的XRD 图
• 2.3.2 BPA 溶液的紫外光谱
• 2.3.3 Ce 掺杂量对催化剂光催化活性的影响
• 2.3.4 热处理温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响
• 2.3.5 可见光照射时间对BPA 降解效果的影响
• 2.3.6 催化剂加入量对BPA 降解效果的影响
• 2.3.7 初始浓度对BPA 降解效果的影响
• 2.3.8 酸度对BPA 降解效果的影响
• 2.3.9 功率对BPA 降解效果的影响
• 2.3.10 氢氧自由基的测定
• 2.3.11 光催化活性机理的探讨
• 2.4 小结
• 第3章 铁氮氟掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器设备
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 催化剂表征
• 3.2.5 光催化活性的测定
• 3.3 结果与讨论
• 2 的XRD 图'>3.3.1 Fe,N,F-TiO₂ 的XRD 图
• 3.3.2 BPA 溶液的紫外光谱
• 3.3.3 Fe 掺杂量对催化剂光催化活性的影响
• 3.3.4 热处理温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响
• 3.3.5 可见光照射时间对BPA 降解效果的影响
• 3.3.6 催化剂加入量对BPA 降解效果的影响
• 3.3.7 初始浓度对BPA 降解效果的影响
• 3.3.8 酸度对BPA 降解效果的影响
• 3.3.9 功率对BPA 降解效果的影响
• 3.3.10 氢氧自由基的测定
• 3.3.11 光催化活性机理的探讨
• 3.4 小结
• 第4章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及获奖情况