离子掺杂纳米二氧化钛制备及紫外光催化降解苯酚的研究

论文摘要

本文主要研究了以钛酸丁酯为前躯体,采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2粉体,通过单因素分析法优化并得到了制备纳米TiO2粉体的最佳工艺条件:钛酸丁酯用量为15 mL,无水乙醇用量为150 mL,盐酸用量为3 mL,干燥温度为80 oC,煅烧温度为520 oC,煅烧时间为2 h。XRD分析表明,在该工艺条件下制备的TiO2粉体为锐钛矿型,晶粒尺寸为19.94 nm。本文用Fe、Mn等9种金属离子对TiO2进行单掺杂和双掺杂改性,并探讨了用N、B等非金属单掺杂以及非金属与金属共掺杂对TiO2光催化性能的影响,并对改性的TiO2催化剂进行了表征。本文用纯TiO2和掺杂TiO2为光催化剂,研究了苯酚在紫外光下的光催化降解。结果表明:（1）用Fe、Mn等9种金属离子单掺杂TiO2均能有效提高其光催化活性,其中掺Mn的效果最好,9种金属离子单掺杂对TiO2光催化活性改善的顺序为:Mn>Ce>Co>Zn>Cr>Ni>Cu>Fe>Mo;（2）用双金属以适当的比例共掺杂TiO2进一步提高了掺杂TiO2的光催化活性,其中尤以Fe（1.0%）/Ce（2.0%）-TiO2、Fe（0.25%）/Mn（2.0%）-TiO2和Ce（0.5%）/Mn（2.0%） -TiO2共掺杂的效果最好。Mo（0.25%）/Mn（2.0%）-TiO2、Cu（1.0%）/Ce（2.0%） -TiO2和Ni（1.0%）/Zn（1.5%）-TiO2等的光催化活性比纯TiO2也有显著提高,而Mo（2.0%）/Fe（1.0%）-TiO2、Co（2.0%）/Cu（0.5%）-TiO2和Zn（2.0%）/Cu（0.5%） -TiO2等的光催化活性反不如纯TiO2。（3）非金属（N、B）掺杂提高了TiO2光催化活性,并且非金属与金属共掺杂TiO2的活性明显高于纯TiO2光催化剂。本文还研究了光催化剂的投加量和溶液初始pH值对苯酚模拟废水去除率的影响,初步探讨了苯酚光降解反应机理,并研究了过渡金属离子作为共存离子对TiO2光反应体系的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 2 的光催化机理'>1.2 纳米Ti0₂的光催化机理
• 2 光催化剂的制备方法'>1.3 Ti0₂光催化剂的制备方法
• 1.3.1 物理制备法
• 1.3.2 化学合成法
• 2 光催化剂的改性技术'>1.4 Ti0₂光催化剂的改性技术
• 2 光催化剂存在的问题'>1.4.1 Ti0₂光催化剂存在的问题
• 2 光催化剂改性方法'>1.4.2 Ti0₂光催化剂改性方法
• 2 光催化氧化技术的应用及展望'>1.5 Ti0₂光催化氧化技术的应用及展望
• 2 光催化技术在废水处理领域的应用'>1.5.1 Ti0₂光催化技术在废水处理领域的应用
• 2 光催化技术的展望'>1.5.2 Ti0₂光催化技术的展望
• 第2章 主要研究内容和技术路线
• 2.1 本试验研究的主要内容
• 2.2 研究的主要技术路线
• 2.3 模拟废水的选择及分析方法
• 2.3.1 模拟废水的选择
• 2.3.2 苯酚的分析方法
• 2.3.3 试剂的配制
• 2.3.4 苯酚水样的测定步骤
• 2.4 试剂及仪器
• 2.5 分析测试方法
• 2的制备及光催化性能的研究'>第3章 Ti0₂的制备及光催化性能的研究
• 2 光催化性能的影响'>3.1 无水乙醇的加入量对Ti0₂光催化性能的影响
• 2 光催化性能的影响'>3.2 盐酸的加入量对Ti0₂光催化性能的影响
• 2 光催化性能的影响'>3.3 干燥温度对Ti0₂光催化性能的影响
• 2 光催化性能的影响'>3.4 煅烧温度对Ti0₂光催化性能的影响
• 2 光催化性能的影响'>3.5 煅烧时间对Ti0₂光催化性能的影响
• 2 光催化剂的制备'>3.6 纯Ti0₂光催化剂的制备
• 3.7 XRD 分析
• 2 光催化活性测定'>3.8 Ti0₂光催化活性测定
• 3.9 本章小结
• 2光催化剂的制备'>第4 章金属离子改性Ti0₂光催化剂的制备
• 2 的影响'>4.1 单组分金属离子掺杂对Ti0₂的影响
• 4.1.1 BET 比表面积分析
• 2 的影响'>4.1.2 Fe 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.3 Mn 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.4 Ce 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.5 Mo 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.6 Ni 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.7 Zn 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.8 Cr 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.9 Cu 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.1.10 Co 离子单掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2 多组分金属离子掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.1 Fe、Mn 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.2 Fe、Ce 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.3 Ce、Mn 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.4 Mo、Mn 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.5 Mo、Fe 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.6 Co、Cu 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.7 Cu、Ce 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.8 Ni、Zn 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.9 Zn、Cu 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>4.2.10 Zn、Mn 共掺杂对Ti0₂的影响
• 4.3 本章小结
• 2光催化剂的制备'>第5 章非金属改性Ti0₂光催化剂的制备
• 2 的影响'>5.1 非金属掺杂对Ti0₂的影响
• 5.1.1 BET 比表面积分析
• 5.1.2 XRD 分析
• 2 的影响'>5.1.3 N 掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.1.4 B 掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.1.5 N、B 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.2 非金属与金属共掺杂对Ti0₂的影响
• 5.2.1 BET 比表面积分析
• 2 的影响'>5.2.2 N、Ce 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.2.3 B、Ce 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.2.4 B、Ni 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.2.5 N、B、Ce 共掺杂对Ti0₂的影响
• 2 的影响'>5.2.6 B、Ce、Ni 共掺杂对Ti0₂的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 苯酚在光催化体系中的试验研究
• 6.1 苯酚标准曲线的测定
• 2 光催化剂用量的影响'>6.2 Ti0₂光催化剂用量的影响
• 6.3 溶液初始pH 值的影响
• 6.4 溶液初始浓度的影响
• 6.5 苯酚在光催化体系中降解机理的讨论
• 6.6 水溶性过渡金属离子对光催化体系的影响
• 3+对光催化体系的作用'>6.6.1 水溶性Fe³⁺对光催化体系的作用
• 2+对光催化体系的作用'>6.6.2 水溶性Mn²⁺对光催化体系的作用
• 2+对光催化体系的作用'>6.6.3 水溶性Cu²⁺对光催化体系的作用
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介