納米二氧化鈦光催化材料改性研究.pdf

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,大量的廢物不斷排入自然界,嚴(yán)重威脅著人類的健康和生命,因此,“三廢”問題就成了人們亟待解決的問題。目前光催化氧化技術(shù)成為處理廢水污染的方法中最有前景的一種。光催化過程是通過化學(xué)氧化的方法,把有機(jī)污染物礦化分解為水,二氧化碳和無毒害的有機(jī)酸。半導(dǎo)體例如TiO2、ZnO、CdS等作為光催化劑一直用來光催化氧化有機(jī)污染物,其中二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┚哂谢瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)廉易得,無毒等優(yōu)點(diǎn),但是二氧化鈦也存在一些缺陷,純二氧

2、化鈦光催化劑的光生電子-空穴對(duì)的再?gòu)?fù)合率高,量子效率偏低,光催化性能不突出。純二氧化鈦（銳鈦礦型）的吸收帶隙為3.2 eV,其對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)為387nm,只能利用占太陽光譜范圍4％的紫外光部分,對(duì)太陽光的有效利用率低和較低的光量子效率是限制光催化實(shí)用化和工業(yè)化的主要原因。因此,對(duì)納米二氧化鈦的改性研究,降低催化劑的光生電子-空穴的復(fù)合率,提高其催化性能和對(duì)太陽光的利用率具有重大的研究意義。目前,人們?cè)诙趸伖獯呋瘎┑母男陨献隽舜罅垦芯?/p>

3、,研究表明,通過對(duì)半導(dǎo)體二氧化鈦沉積貴金屬、摻雜離子、光敏化以及表面還原處理等方法提高穩(wěn)態(tài)光降解量子效率及光催化性能。本論文采用多壁碳納米管/二氧化鈦的復(fù)合以及在二氧化鈦中摻雜無機(jī)鎳離子的方法,對(duì)納米二氧化鈦進(jìn)行改性研究,提高其光催化性能和對(duì)太陽光的利用率。因?yàn)樘技{米管具有特殊的原子結(jié)構(gòu),比表面積大,特殊的機(jī)械性能和電子性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)常用于傳感器,電子設(shè)備,氣體儲(chǔ)存器等領(lǐng)域。我們首先采用醇鹽水解法制備了納米二氧化鈦/多壁碳納米管（MWCNT

4、）復(fù)合光催化劑。將制備的TiO2/MWCNT在不同溫度下煅燒,得到不同晶型的二氧化鈦。復(fù)合催化劑無論在紫外光還是在可見光下都具有良好的催化活性,提高了量子效率和太陽光的利用率。利用透射電鏡觀察到納米二氧化鈦緊密均勻的包覆在碳納米管外。通過紫外-可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜等表征數(shù)據(jù)分析,碳納米管一方面可以調(diào)制納米二氧化鈦的能級(jí)結(jié)構(gòu),提高可見光的利用率;另一方面可以傳遞二氧化鈦受激發(fā)產(chǎn)生的電子,從而降低電子與空穴的復(fù)合,提高了其光降解污染物

5、的效率。另外,我們還選擇了金屬離子摻雜的方式對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改性研究。其中摻雜過渡金屬元素最為熱點(diǎn)。盡管貴金屬沉積例如Pt具有很好的光催化性能,但是它的成本太高。因此我們選擇過渡金屬中的Ni進(jìn)行離子摻雜改性的研究。我們采用溶膠-凝膠法制備了鎳離子摻雜的二氧化鈦光催化材料,利用靛藍(lán)胭脂紅染料溶液為目標(biāo)污染物在可見光下將其光催化降解研究了不同Ni摻雜TiO2催化劑的光催化活性。重點(diǎn)研究了不同鎳摻雜濃度和煅燒溫度,表面狀態(tài)等對(duì)鎳摻雜二氧化鈦催化

6、劑的影響,其中鎳的摻雜濃度為1%,經(jīng)過400℃煅燒的催化劑的效果最好,在可見光下50分鐘就可以將10mg/L的靛藍(lán)胭脂紅溶液降解完。通過XPS、TEM等多種表征手段對(duì)鎳摻雜納米二氧化鈦的結(jié)構(gòu)與光催化性能進(jìn)行了深入分析研究,發(fā)現(xiàn)在較低溫度下煅燒可以獲得鎳離子晶格摻雜而不是表面復(fù)合的新型材料,通過鎳離子缺陷能級(jí)的引入改變了二氧化鈦的能級(jí)結(jié)構(gòu),提高了材料可見光下的光催化氧化的效率。本論文制備的新型二氧化鈦光催化劑相比于其它的同類催化劑,擴(kuò)大了