氮、硫改性纳米二氧化钛光催化降解有机废水的研究

摘要

近年来，多相半导体光催化技术逐渐受到人们的重视。在这些催化剂中，TiO2由于其氧化能力强、无毒并且稳定而被证明是适于在环境治理当中进行广泛使用。然而，由于TiO2的带隙较宽(带隙能3.2eV)，因此它只能吸收紫外光，如果能将该催化剂的吸收波段拓展到可见光区将大大提高催化效率。 本论文以钛酸四丁酯为钛源、胱氨酸为掺杂物，采用溶胶．凝胶法制备了N、S改性TiO2光催化剂。对所制备催化剂采用了X-射线衍射、X射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱、表面光电压谱、漫反射光谱等多种测试手段进行表征。在红外光谱中发现了S=O(989 cm-1，1047 cm-1，1137 cm-1，1237 cm-1)及N-H(1401cm-1)峰的存在，与之相应的XPS谱表明N峰和S峰分别出现在399.8eV和401.8eV、168.8eV，分别归属于O-Ti-N、Ti-N—O、SO42-。DRS结果显示，所制备的N、S改性光催化剂在紫外和可见光区均有强吸收，吸收边向长波方向发生红移。 研究了紫外及可见光下，所制备的N、S改性TiO2光催化降解10mg／L罗丹明B的效能。在紫外光下，反应1h，罗丹明B的去除率达到81％。在380nm～630nm和470nm～800nm的可见光照射下，罗丹明B的去除率分别达到77％和75％。 以PTFE为粘合剂制备了催化剂复合膜。制备复合膜最佳原料质量比4：1(N、s改性TiO2：PTFE)，最佳负载量为37.5mg／cm2，所制复合膜在紫外光及可见光下具有与N、S改性TiO2粉体催化剂相似的催化性能，光催化能力并未因固定化而降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的及意义

1.2 TiO2半导体光催化剂光催化原理

1.3 TiO2光催化剂的制备

1.3.1气相合成法

1.3.2液相合成法

1.4影响纳米TiO2光催化剂光催化活性的因素

1.4.1晶型种类

1.4.2晶粒大小和表面面积

1.4.3有机物吸附

1.5提高纳米TiO2光催化剂光催化活性的途径

1.5.1复合半导体

1.5.2染料敏化

1.5.3贵金属沉积

1.5.4金属离子掺杂

1.5.5非金属掺杂

1.6本论文主要研究内容

第2章实验部分

2.1实验试剂与设备

2.1.1实验试剂

2.1.2实验设备

2.2光催化反应装置及罗丹明B测试方法

2.2.1紫外光光催化反应装置

2.2.2可见光光催化反应装置

2.2.3罗丹明B浓度测试方法

2.3物理表征手段

2.3.1表面组成、结构和化学态表征手段

2.3.2晶相组成、粒子尺寸表征手段

2.3.3光电性能表征手段

第3章改性TiO2的制备及表征

3.1引言

3.2催化剂的制备方法与步骤

3.3催化剂的表征分析

3.3.1表面组成、结构和化学态表征分析

3.3.2晶相组成、粒子尺寸表征分析

3.3.3光电性能表征分析

3.4本章小结

第4章改性TiO2悬浮态光催化降解罗丹明B的研究

4.1引言

4.2紫外光下光催化性能研究

4.2.1焙烧温度及胱氨酸投加量对催化性能的影响

4.2.2紫外光下不同催化剂的光催化性能的比较

4.3可见光下光催化性能研究

4.3.1胱氨酸投加量对催化性能的影响

4.3.2不同波段可见光下改性TiO2的光催化性能

4.4本章小结

第5章改性TiO2复合膜催化性能研究

5.1引言

5.2改性TiO2复合膜的制备

5.2.1制备方法

5.2.2复合膜制备条件优化

5.3改性TiO2复合膜的表征

5.3.1改性TiO2复合膜的XPS表征

5.3.2改性TiO2复合膜的XRD表征

5.4改性TiO2复合膜光催化性能影响因素研究

5.4.1改性TiO2复合膜的吸附作用

5.4.2不同复合膜光催化效率的比较

5.4.3曝气速率对光催化效率的影响

5.4.4光源对改性TiO2复合膜光催化效率的影响

5.4.5光照时间对改性TiO2复合膜光催化效率的影响

5.4.6 pH值对改性TiO2复合膜光催化效率的影响

5.5 N、S改性TiO2复合膜使用寿命的研究

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢