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微弧氧化V2O5/TiO2复合光催化膜的制备与性能研究

作 者: 李欣蔚
导 师: 蔡启舟
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 微弧氧化 TiO2膜 V2O5/TiO2膜 光催化 罗丹明 可见光响应 H2SO4浸渍
分类号: TB43
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


TiO2光催化剂带隙较宽,只能吸收紫外光,对太阳能的利用率很低;光生载流子的复合速率高,光催化效率低。目前常用的TiO2以粉体形式悬浮在水溶液中使用时,粉末易聚集、流失而使得分离、回收困难,造成二次污染。这些缺点严重制约了TiO2光催化技术在实际中的应用,因此,催化剂的负载化、光谱响应范围的拓展以及光催化活性的提高是当今光催化领域研究的重要方向。本文采用微弧氧化技术在纯钛表面制备可见光响应V2O5/TiO2复合多孔光催化膜,利用SEM、XRD、XPS等表征了膜层的组成、结构及物理化学性质;研究了电解液组成等对V2O5/TiO2复合膜的晶相组成、晶体结构和表面形态的影响。以光催化降解罗丹明为探针反应,研究了V2O5/TiO2复合膜对罗丹明的降解动力学;探讨了V2O5改善TiO2光催化活性的机制,取得了如下研究结果。以工业纯钛为基体金属,分别在Na3PO3电解液和NaVO3电解液中制备了TiO2膜和V2O5/TiO2复合膜。Na3PO3电解液中的膜层表面为多孔结构,膜层由锐钛矿TiO2和金红石TiO2组成;而NaVO3电解液中的微弧氧化膜表面的孔洞较少,但表面粗糙度较大,膜层由锐钛矿TiO2、金红石TiO2和V2O5组成。在紫外光照射下,NaVO3电解液中的膜层对罗丹明的降解率由Na3PO3电解液中膜层的13%提高到42%。采用NaVO3电解液对纯钛进行微弧氧化,结果表明,随着NaVO3浓度增加,膜层中的V含量增加。随膜层中V量的增加膜层的吸收光谱发生明显红移,但是掺V量过高,边带红移程度反而降低。当NaVO3为8.54 g/L时,膜层吸收边带红移至603 nm。可见光照射下膜层对罗丹明的降解率最高达93%。膜层的XPS分析发现,膜层中的V存在两种价态,分别为V5+和V4+,这表明V对TiO2的改性源于V4+的掺杂和V2O5与TiO2的半导体复合。膜层对罗丹明的降解率与时间近似成直线关系,符合一级动力学反应方程,说明V2O5/TiO2复合膜的光催化性能稳定。采用稀硫酸对微弧氧化V2O5/TiO2复合膜进行硫酸浸渍处理,浸渍后结果表明,膜层变得更粗糙。EDX和XRD分析发现,硫酸溶解了V2O5/TiO2复合膜表面的V2O5,但XPS分析发现浸渍后的膜层仍有缺陷氧化物(Ti-O-V)存在。硫酸浸渍使膜层的光吸收边缘由浸泡前603 nm蓝移至440 nm,但是可见光照射14 h后其对罗丹明的降解率由未浸渍时的84%提高到93%。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 Ti0_2 光催化原理  11-13
  1.3 Ti0_2 光催化剂的改性  13-16
  1.4 微弧氧化法制备Ti0_2 光催化膜  16-19
  1.5 课题的研究意义、目的和内容  19-21
2 实验材料及研究方法  21-30
  2.1 实验材料  21-22
  2.2 膜层的制备  22-23
  2.3 膜层的表征  23-26
  2.4 膜层光催化性能的检测  26-30
3 微弧氧化 V_2O_5/TiO_2 复合膜的结构与光催化性能  30-37
  3.1 引言  30
  3.2 膜层的制备与表征  30-35
  3.3 膜层的光催化性能  35-36
  3.4 本章小结  36-37
4 电解液组成对 V_2O_5/TiO_2 复合膜的结构及光催化性能的影响  37-53
  4.1 引言  37
  4.2 电解液组成的影响  37-42
  4.3 NaV0_3 浓度的影响  42-48
  4.4 膜层XPS 分析  48-49
  4.5 膜层zeta 电位  49-50
  4.6 罗丹明降解的动力学分析  50-52
  4.7 本章小结  52-53
5 硫酸浸渍对 V_2O_5/TiO_2 膜的改性  53-60
  5.1 引言  53
  5.2 膜层的形貌和成分  53-54
  5.3 膜层的相组成  54-55
  5.4 膜层的XPS 分析  55-56
  5.5 膜层的UV-Vis 吸收光谱  56-57
  5.6 膜层的光催化性能  57-59
  5.7 本章小结  59-60
6 结论与展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-69
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
附件  70

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 薄膜技术
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