金屬共摻雜納米二氧化鈦的制備及其光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染是當(dāng)前人類面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題，其所帶來的危害越來越嚴(yán)重，其中水污染尤甚。相對(duì)于傳統(tǒng)的生物、化學(xué)、物理等水處理工藝來說，近年來發(fā)展起來的光催化氧化技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)，其氧化性強(qiáng)、能量消耗低、無二次污染，是一種發(fā)展前景極好的水處理方法。納米二氧化鈦因具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，成木低，無毒，難溶和較高的催化效率等特點(diǎn)而成為一種較為理想的光催化劑。由于其禁帶較寬，光量子效率低，在實(shí)際應(yīng)用方面受到一定的限制，通過金屬離子摻雜一方面可以改變TiO

2、2的禁帶寬度；另一方面金屬離子摻入可以在TiO2中引入缺陷或者改變其結(jié)晶度，從而抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，延長(zhǎng)載流子的壽命。因此通過金屬摻雜可以顯著提高TiO2的光催化性能。
　　本文通過溶膠-凝膠法成功制備了Bi-La、Bi-Co、Bi-Cu、Bi-Fe共摻雜納米TiO2光催化劑，利用TG-DSC、XRD等測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征，以活性黑KN-B為模擬染料廢水進(jìn)行了光催化降解研究，系統(tǒng)地研究了光催化降解染料的影響因素，探討了

3、反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性，得出了光催化降解的最佳工藝條件。
　　結(jié)果表明：經(jīng)過500℃熱處理制得的金屬共摻雜納米TiO2催化劑均為銳鈦礦型，粒徑在10.0～14.0nm之間，金屬共摻雜提高了TiO2的熱穩(wěn)定性，提升了TiO2的晶型轉(zhuǎn)變溫度，抑制了TiO2的晶型轉(zhuǎn)變和晶粒生長(zhǎng)，提高了TiO2的光催化活性。
　　以高壓汞燈為光源，考察了金屬摻雜量、煅燒溫度、催化劑投加量、溶液初始濃度和溶液初始pH值等對(duì)催化劑光催化性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)金

4、屬共摻雜納米TiO2的最佳煅燒溫度為500℃；金屬摻雜量對(duì)TiO2的光催化性能有較大的影響，不同金屬有不同的最佳摻雜量，Bi-La共摻雜納米TiO2最佳摻雜量為0.5％的Bi和0.2％的La，Bi-Co共摻雜納米TiO2最佳摻雜量為0.5％的Bi和0.05％的Co，Bi-Cu共摻雜納米TiO2最佳摻雜量為0.5％的Bi和0.01％的Cu，Bi-Fe共摻雜納米TiO2最佳摻雜量為0.5％的Bi和0.1％的Fe，摻雜量過多或過少都會(huì)降低催化

5、劑的光催化性能；金屬共摻雜納米TiO2的催化效率隨催化劑投加量的增加先升高后降低，其中Bi0.5La0.2/TiO2、Bi0.5Co0.05/TiO2和Bi0.5Fe0.1/TiO2的最佳投加量均為2.0g/L，Bi0.5Cu0.01/TiO2最佳投加量為4.0g/L；金屬共摻雜納米TiO2的催化效率隨溶液初始濃度的升高而逐漸降低，但較低濃度下催化劑的催化性能無法充分發(fā)揮，活性黑KN-B適宜的初始濃度為40mg/L；溶液的初始pH對(duì)催化

6、劑的光催化性能影響顯著，酸性條件下活性黑KN-B降解速率遠(yuǎn)快于堿性條件下的降解速率，Bi0.5La0.2/TiO2、Bi0.5Co0.05/TiO2、Bi0.5Cu0.01/TiO2和Bi0.5Fe001/TiO2最佳pH值分別為2.20、3.30、2.01和2.20。金屬共摻雜納米TiO2的光催化活性優(yōu)于純的TiO2或單摻雜Bi的TiO2，但摻雜不同金屬的催化劑的光催化性能也不同，在各自的優(yōu)化條件下，Bi-La、Bi-Cu共摻雜TiO

7、2光照30min后活性黑KN-B溶液的降解率可達(dá)99％以上，而Bi-Co、Bi-Fe共摻雜TiO2光照50min后活性黑KN-B溶液的降解率可達(dá)99％以上?；钚院贙N-B的光催化降解反應(yīng)遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，將制得的金屬共摻雜納米TiO2用于多種染料的光催化降解，效果較好。
　　探討了金屬共摻雜改善TiO2光催化性能的可能機(jī)理，系統(tǒng)研究了不同金屬摻雜TiO2的光催化性能和影響因素，豐富了光催化氧化技術(shù)和納米半導(dǎo)體光催化劑的理論基