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氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究

作　者: 胥丹平
导　师: 张朝红
学　校: 辽宁大学
专　业: 环境科学
关键词: 氮氟掺杂二氧化钛铈氮氟掺杂二氧化钛铁氮氟掺杂二氧化钛可见光催化活性
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

二氧化钛（TiO₂）具有催化活性高、化学性质稳定、成本低、无毒等优点而倍受人们青睐,是当今被研究最多的光催化剂,其应用范围极其广泛,如污水处理、空气净化、灭菌消毒、皮革工业、化妆品等领域有着巨大的潜在应用价值。它不仅能使光能转化为化学能,而且能光催化氧化水体中和空气中的绝大多数有机污染物,包括染料、表面活性剂、农药及各种难生物降解的有毒有机污染物,降解最终产物为CO₂、H₂O和无害离子。TiO₂是一种宽禁带半导体,带隙能为3.2 eV,相当于波长为387.5 nm光子的能量,只有波长小于387.5 nm的紫外光激发才会产生光催化效应,产生具有很强氧化和还原能力的空穴（h⁺）和电子（e^-）,这些h⁺和e^-与OH-或H₂O结合会产生氧化性很强的·OH自由基,使许多化学反应发生。而太阳光中紫外光部分所占的能量只有2%-4%,因此通过表面修饰等方法改善TiO₂可见光催化活性成为了光催化领域一个研究热点,如金属或非金属离子掺杂。本文通过溶胶-凝胶法对TiO₂进行掺杂,将酸性红B和双酚A（BPA）作为目标污染物,研究N,F-TiO₂的可见光催化活性。采用三种方法制备了N,F-TiO₂,分别标记为N,F-TiO₂（1）,N,F-TiO₂（2）,N,F-TiO₂（3）,并对三者的光催化活性进行比较,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对酸性红B降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L^-1的酸性红B溶液,可见光照射4.0 h时,N,F-TiO₂（1）催化可见光照射对酸性红B的降解效果最好,达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Ce,N,F-TiO₂,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L^-1的BPA溶液,可见光照射8.0 h时,Ce,N,F-TiO₂催化可见光照射对BPA的降解效果达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Fe,N,F-TiO₂,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L^-1的BPA溶液,可见光照射4.0 h时,Fe,N,F-TiO₂催化可见光照射对BPA的降解率达到100%。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
引言  14-24
  0.1 TiO_2 光催化技术简介  14-19
    0.1.1 TiO_2 光催化反应机理  14-15
    0.1.2 TiO_2 简介  15-16
    0.1.3 纳米TiO_2 光催化研究进展  16
    0.1.4 TiO_2 的修饰改性  16-19
  0.2 纳米TiO_2 粒子制备方法  19-21
    0.2.1 物理法  19-20
    0.2.2 化学法  20-21
  0.3 有机污染物简介  21-23
    0.3.1 染料简介  21-22
    0.3.2 内分泌干扰物双酚A（BPA）简介  22-23
  0.4 研究意义与内容  23-24
第1章氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究  24-40
  1.1 引言  24
  1.2 实验部分  24-27
    1.2.1 仪器设备  24
    1.2.2 实验试剂  24-25
    1.2.3 实验方法  25-26
    1.2.4 催化剂表征  26
    1.2.5 光催化活性的测定  26-27
  1.3 结果与讨论  27-39
    1.3.1 N,F-TiO_2 的XRD 图  27-29
    1.3.2 酸性红B 溶液的紫外光谱  29-30
    1.3.3 氮氟掺杂量对催化剂光催化活性的影响  30-31
    1.3.4 焙烧温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响  31-32
    1.3.5 可见光照射时间对酸性红B 降解效果的影响以及反应动力学  32-35
    1.3.6 催化剂加入量对酸性红B 降解效果的影响  35
    1.3.7 初始浓度对酸性红B 降解效果的影响  35-36
    1.3.8 酸度对酸性红B 降解效果的影响  36-37
    1.3.9 功率对酸性红B 降解效果的影响  37-38
    1.3.10 氢氧自由基的测定  38
    1.3.11 光催化活性机理的探讨  38-39
  1.4 小结  39-40
第2章铈氮氟掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究  40-55
  2.1 引言  40
  2.2 实验部分  40-43
    2.2.1 仪器设备  40-41
    2.2.2 实验试剂  41
    2.2.3 实验方法  41-42
    2.2.4 催化剂表征  42
    2.2.5 光催化活性的测定  42-43
  2.3 结果与讨论  43-54
    2.3.1 Ce,N,F-TiO_2 的XRD 图  43-44
    2.3.2 BPA 溶液的紫外光谱  44-46
    2.3.3 Ce 掺杂量对催化剂光催化活性的影响  46
    2.3.4 热处理温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响  46-48
    2.3.5 可见光照射时间对BPA 降解效果的影响  48-49
    2.3.6 催化剂加入量对BPA 降解效果的影响  49-50
    2.3.7 初始浓度对BPA 降解效果的影响  50-51
    2.3.8 酸度对BPA 降解效果的影响  51-52
    2.3.9 功率对BPA 降解效果的影响  52
    2.3.10 氢氧自由基的测定  52-53
    2.3.11 光催化活性机理的探讨  53-54
  2.4 小结  54-55
第3章铁氮氟掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究  55-70
  3.1 引言  55
  3.2 实验部分  55-58
    3.2.1 仪器设备  55-56
    3.2.2 实验试剂  56
    3.2.3 实验方法  56-57
    3.2.4 催化剂表征  57
    3.2.5 光催化活性的测定  57-58
  3.3 结果与讨论  58-69
    3.3.1 Fe,N,F-TiO_2 的XRD 图  58-59
    3.3.2 BPA 溶液的紫外光谱  59-61
    3.3.3 Fe 掺杂量对催化剂光催化活性的影响  61
    3.3.4 热处理温度和时间对催化剂光催化活性和吸附性的影响  61-63
    3.3.5 可见光照射时间对BPA 降解效果的影响  63-64
    3.3.6 催化剂加入量对BPA 降解效果的影响  64-65
    3.3.7 初始浓度对BPA 降解效果的影响  65
    3.3.8 酸度对BPA 降解效果的影响  65-66
    3.3.9 功率对BPA 降解效果的影响  66-67
    3.3.10 氢氧自由基的测定  67-68
    3.3.11 光催化活性机理的探讨  68-69
  3.4 小结  69-70
第4章结论  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
攻读学位期间发表的学术论文及获奖情况  78-79

氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究

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