微弧氧化法制備二氧化鈦薄膜的光催化性能及改性研究.pdf

1、近年來，逐漸發(fā)展起來的光催化氧化法治理水中的各種污染物，因其具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、可減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)，引起了研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好的水處理技術(shù)。本文研究了采用微弧氧化法直接制備二氧化鈦光催化薄膜的工藝條件；考查了影響光催化薄膜催化性能的外部因素；并探討了離子浸漬與電解液修飾對(duì)二氧化鈦光催化薄膜催化性能的影響。 應(yīng)用微弧氧化技術(shù)制備二氧化鈦光催化薄膜。利用正交實(shí)驗(yàn)方法研究了微弧氧化法制備二氧化鈦光

2、催化薄膜的最佳工藝條件，確定為Na3PO4電解液濃度8g/L，微弧氧化電壓290V，微弧氧化時(shí)間4min。SEM、XRD和Raman分析表明，所制備的二氧化鈦薄膜表面成膜均勻，有微弧放電形成的凹洞，其平均粒徑為2.3nm，相組成為100％銳鈦礦結(jié)構(gòu)。 對(duì)二氧化鈦光催化薄膜光催化降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)研究表明，本實(shí)驗(yàn)所制備的二氧化鈦光催化薄膜，可將50ml濃度為2.5mg/L的亞甲基藍(lán)溶液在紫外光照下的分解速率提高一倍，連續(xù)紫外光照

3、2小時(shí)，降解率可達(dá)50％以上。對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解率隨光照強(qiáng)度的增加、催化劑用量的增加、反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)以及曝氣量的增加而增加。微弧氧化法制備的二氧化鈦光催化薄膜對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的光催化效果好于其它有機(jī)染料溶液。 為了進(jìn)一步提高二氧化鈦光催化薄膜的活性，采用了不同離子浸漬修飾的方法對(duì)二氧化鈦光催化薄膜進(jìn)行改性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明過渡金屬、重金屬及稀土元素浸漬修飾均可不同程度提高二氧化鈦光催化薄膜的光催化性能，其中Fe、Ag、Cu

4、摻雜可使光催化2小時(shí)的降解率提高10個(gè)百分點(diǎn)以上，Dy摻雜可使降解率提高20個(gè)百分點(diǎn)以上；利用酸浸漬進(jìn)行氫離子修飾可提高二氧化鈦光催化薄膜的光催化性能，其中H3PO4修飾效果最好。浸漬時(shí)間及浸漬離子濃度對(duì)修飾效果有一定影響，修飾后的二氧化鈦薄膜光催化降解率隨浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)以及浸漬離子濃度的增加而呈先增加、后降低的趨勢(shì)，對(duì)不同浸漬離子均存在最佳浸漬時(shí)間及濃度。XRD分析及SEM分析結(jié)果表明離子浸漬修飾法可使修飾離子摻入二氧化鈦晶格。同時(shí)摻

5、雜可使薄膜中二氧化鈦粒徑減小。 為了提高二氧化鈦光催化薄膜的催化活性，在微弧氧化過程中，采用直接向電解液中添加各種氧化物的方法對(duì)薄膜進(jìn)行改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明過渡金屬、重金屬及稀土元素對(duì)二氧化鈦光催化薄膜摻雜改性可不同程度影響薄膜的光催化性能，其中V、Ag、Ce摻雜可使光催化2小時(shí)的降解率提高10個(gè)百分點(diǎn)以上。采用半導(dǎo)體摻雜也能很好地提高二氧化鈦光催化薄膜的光催化性能，其中以SnO2效果最好。從上述改性物質(zhì)中選取有代表性的V2O5、

6、SnO2，考察不同摻雜量對(duì)光催化活性的影響。實(shí)驗(yàn)表明V2O5添加量在0.5mmol或SnO2添加量在1.0mmol時(shí)，生成的二氧化鈦光催化薄膜光催化效果最好。XRD及SEM分析表明摻雜改性離子進(jìn)入二氧化鈦晶格，改性后的二氧化鈦光催化薄膜粒徑減小，保持銳鈦礦晶形不變且薄膜表面增厚，微弧放電形成的孔道變小，表面積增加。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明，微弧氧化法制備的二氧化鈦薄膜具有很好的光催化性能，該方法工藝簡(jiǎn)單，效率高，具有較好的應(yīng)用前景。