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负载型改性纳米TiO_2光催化处理水中染料的研究

作　者: 蒋宝芳
导　师: 齐晶瑶
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 光催化二氧化钛 N掺杂分子印迹技术
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

纳米TiO₂光催化剂在水环境染料污染物处理方面应用前景十分广阔。但在水处理过程中使用悬浮型纳米TiO₂颗粒存在二次利用后需要分离回收的问题，不但过程繁琐而且需要消耗大量的能量。所以利用一种简单易行的方法使TiO₂颗粒负载在载体上制备成一种薄膜，同时使其仍具有较高的光催化效率，是一个十分有前景的研究方向。首先，对用简单的电泳方法，在不锈钢板和玻璃板上负载纳米TiO₂颗粒制备的催化剂，进行光催化实验。通过在610nm处测量靛蓝三磺酸钾溶液的吸光度值，作图后比较反应的一级动力学常数k₁，发现同一催化剂光催化反应结果的重复性较差，催化剂存在老化现象。进而本实验提出一种再生效果明显的酸洗再生法来解决催化剂的老化问题。另外，理论上只有波长小于388nm的紫外光线，具有足够能量使TiO₂催化剂发生光催化反应。自然界的可见光中紫外光线只占不到10%，利用率非常低，而人工产生紫外光线需要消耗巨大能量。通过对负载型N掺杂TiO₂催化剂的光催化活性进行研究，发现在可见光的辐射下，N掺杂的TiO₂催化剂光催化效率要高于未掺杂的TiO₂催化剂；在紫外光的辐射下，两者的催化效率相似。并且通过比较负载在不同载体上的催化剂，发现负载在纸上（AHLSTROM公司生产）的催化剂比不锈钢板和玻璃板上的光催化活性高。同时，本实验把表面分子印迹技术应用到光催化降解水中混合染料（罗丹明B和柠檬黄）的实验中。首先对这种TiO₂印迹聚合物进行TEM、XRD、红外（FT-IR）和热重的表征，证明此种聚合物制备成功。它可以对水中的罗丹明B染料选择性降解，提高罗丹明B的降解速率。而非目标污染物柠檬黄的降解速率则明显降低，即此种聚合物能够对水中的罗丹明B进行特异性选择性识别。这种纳米TiO₂印迹聚合物制备方法简单易行，在处理水中染料方面具有较好的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 光催化技术  10-12
    1.1.1 光催化反应原理  10-12
    1.1.2 Ti0_2 光催化技术的应用  12
  1.2 负载型T iO 2  12-14
    1.2.1 载体的类型  12-13
    1.2.2 电泳沉积法制备负载型T iO 2 光催化剂  13-14
  1.3 T iO 2 光催化剂的掺杂  14-15
  1.4 分子印迹技术应用于光催化领域  15-16
  1.5 课题的研究背景与意义  16
  1.6 课题的主要研究内容  16-18
第2章实验材料和实验方法  18-32
  2.1 催化剂的制备  18-21
    2.1.1 载体  18
    2.1.2 Ti0_2 催化剂的制备  18-21
    2.1.3 N 掺杂Ti0_2 催化剂的制备  21
  2.2 实验装置  21-25
    2.2.1 辐射反应器  22
    2.2.2 蓄水池  22
    2.2.3 紫外灯和日光灯  22-25
    2.2.4 泵  25
    2.2.5 反射器  25
  2.3 分析方法  25-29
    2.3.1 模型分子  26
    2.3.2 在6 1 0 nm 处测量靛蓝三磺酸钾的吸光度值  26
    2.3.3 总有机碳( T O C)  26-27
    2.3.4 动力学研究  27-29
    2.3.5 催化剂的表征  29
  2.4 Ti 02 分子印迹聚合物  29-32
    2.4.1 制备Ti0_2 分子印迹聚合物的实验仪器和试剂  29-30
    2.4.2 Ti0_2 分子印迹聚合物制备方法  30-31
    2.4.3 光催化实验的主要仪器与材料  31-32
第3章 Ti0_2 光催化降解水中靛蓝三磺酸钾  32-51
  3.1 沉积的Ti0_2 质量  32-38
    3.1.1 电泳操作条件的影响  32-34
    3.1.2 T iO 2 的质量对光催化效率的影响  34-38
  3.2 催化剂的老化问题  38-41
  3.3 催化剂的再生实验  41-45
    3.3.1 以不锈钢为载体催化剂的再生实验  41-42
    3.3.2 酸洗再生法  42-45
  3.4 N 掺杂和未掺杂光催化剂的比较  45-49
    3.4.1 紫外光下催化剂光催化效率的比较  45-47
    3.4.2 可见光下催化剂光催化效率的比较  47-49
  3.5 不同载体上二氧化钛光催化效率的比较  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章 Ti0_2 分子印迹聚合物光催化降解罗丹明B  51-58
  4.1 Ti0_2 颗粒和Ti0_2 分子印迹聚合物的表征  51-54
    4.1.1 透射电子显微镜(T E M)  51-52
    4.1.2 X 衍射分析( X R D)  52-53
    4.1.3 热重分析( T G )  53-54
    4.1.4 红外光谱( F T - I R)  54
  4.2 Ti0_2 分子印迹聚合物处理水中染料  54-57
    4.2.1 罗丹明B 和柠檬黄的标准曲线  54-56
    4.2.2 光催化效率的对比  56-57
  4.3 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66-67
个人简历  67

负载型改性纳米TiO_2光催化处理水中染料的研究

内容摘要

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