可见光敏感型纳米氮氧化钛光催化剂的制备表征及机理研究

摘要

本文以工业级偏钛酸为原料,经过酸煮和用氨水调节pH来进行前处理,去除杂质,得到水合二氧化钛,并以此为原料,在高温管式炉中进行渗氮反应制备纳米级氮氧化钛光催化剂.通过太阳光下活性艳红降解和在荧光灯下二氧化硫降解来考察样品的光催化活性.1)以工业级偏钛酸为原料,采用三种前处理方式得到水合二氧化钛,并以杂质的去除效率为目标,最终选用酸煮和以氨水调节pH的前处理方式.采用XRD、TEM、XPS、XRF等手段对颗粒进行了表征.制备出的水合二氧化钛主要为锐钛矿型、粒径在10nm左右,颗粒分布较均匀,没有明显的团聚现象.2)以水合二氧化钛和氨氩混合气体为原料,考察了渗氮反应过程中反应温度、反应时间、混合气体流量比例、停留时间对纳米氮氧化钛晶型、粒径、比表面积的影响,结果表明反应温度和反应时间在反应中起主要作用,温度影响产品粒径、晶型、比表面积和形貌等;UV-Vis分析结果表明当反应温度为600℃、反应时间为4h时样品对紫外光和可见光都有较高的吸收性.3)在太阳光照下,以纳米氮氧化钛为光催化剂降解活性艳红溶液;在8W荧光灯照射下,采用动态法降解二氧化硫气体,研究制备条件对纳米氮氧化钛活性的影响,最终筛选出针对不同降解对象的光催化剂最佳制备条件.4)研究氮氧化钛可见光敏感的机理.通过XRD测试,研究了氮氧化钛掺杂N离子后的晶格畸变,XPS测试则给出了N离子的化学位移,通过对UV-Vis测试结果进行转化来求材料禁带宽度.结果表明TiO<,2>禁带宽度在掺杂N离子后,从3.2eV变为2.9eV左右,吸收波长呈现明显的红移.

目录

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资助

前言

第一章研究背景

1.1纳米颗粒特性

1.1.1小尺寸效应

1.1.2表面与界面效应

1.1.3量子尺寸效应

1.1.4宏观量子隧道效应

1.2纳米TiO2光催化剂研究现状

1.2.1纳米TiO2的主要性质

1.2.2纳米TiO2的主要用途

1.2.3纳米TiO2的制备方法

1.2.4纳米TiO2存在的问题及主要改性方法

1.3研究目的

1.4研究内容

第二章纳米二氧化钛前驱体制备和表征

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器和测试仪器

2.1.3实验方法

2.2实验原理

2.3结果和讨论

2.3.1形态结构与粒径分析

2.3.2元素含量分析

2.3.3综合测试结果

2.4结论

第三章纳米氮氧化钛制备和表征

3.1纳米氮氧化钛制备

3.1.1实验原料

3.1.2实验仪器

3.1.3实验方法

3.2结果和讨论

3.2.1纳米氮氧化钛的形态结构分析

3.2.2工艺操作条件对颗粒大小的影响

3.2.3纳米氮氧化钛紫外吸收性能

3.3小结

第四章纳米氮氧化钛光催化活性研究

4.1纳米氮氧化钛光催化实验

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3实验方法

4.2光催化降解机理

4.2.1光催化降解活性艳红的机理

4.2.2光催化降解SO2的机理

4.2.3光催化降解甲醛的机理

4.3结果和讨论

4.3.1液相降解活性艳红X-3B的结果

4.3.2气相降解SO2的结果

4.3.3气相降解HCHO的结果

4.4小结

第五章纳米氮氧化钛可见光敏感的机理研究

5.1 TiO2的光催化机理

5.1.1光催化反应过程

5.1.2能带位置

5.1.3电子、空穴的捕获

5.2 TiO2的结构对光催化性能的影响

5.3掺杂之后的晶格畸变

5.3.1实验部分

5.3.2测试方法

5.3.3结果和讨论

5.4掺杂之后的禁带宽度的求解

5.4.1禁带宽度的求解

5.4.2结果和讨论

5.5可见光敏感的机理解释

5.6 小结

第六章全文总结及延伸研究课题

参考文献

主要符号说明

作者攻读学位期间公开发表论文及完成的科研成果

致 谢