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溶胶—凝胶法二氧化钛的制备及其光催化性能的研究

作　者: 刘晓波
导　师: 铁梅
学　校: 辽宁大学
专　业: 环境科学
关键词: 二氧化钛溶胶—凝胶光催化活性离子掺杂
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

以钛酸丁酯为原料、无水乙醇为溶剂、HNO₃为抑制剂,设计正交实验法确定溶胶—凝胶法制备TiO₂的最优条件。运用x-射线衍射技术对制备的TiO₂粉体样品进行了表征。以大红染料作为目标降解物,研究了溶胶凝胶制备TiO₂粉体的活化温度、紫外灯照射高度、活化时间、催化剂投加量、目标废水的pH值等因素对光催化性能的影响。结果显示,本法制备的TiO₂粉体为纳米级锐钛矿。制备TiO₂最佳配比条件为无水C₂H₅OH 20ml,蒸馏水1.5ml,pH为1.7。当活化温度450℃、活化时间180min,紫外光源照射高度10cm, TiO₂光催化剂投加量为2g/l,目标废水pH值为4时,降解效果最佳。通过测量体系吸光度探索溶胶—凝胶体系中各组分配比等因素对溶胶凝胶反应速率的影响规律,并由此建立反应动力学模型,确定动力学反应速率方程。求得相应的反应速率常数及表观活化能。实验结果表明,在室温下,反应速率常数为0.23×10⁸mol·m^-3。33℃时反应速率常数为3.14×10⁸mol·m^-3。表观活化能为247.7KJ·mol^-1。研究了金属离子锌、镉、铜、银、铬掺杂对TiO₂光催化的影响,实验结果表明,金属离子掺杂提高了TiO₂的光催化率。单掺杂副族金属元素的最高降解率可达98%以上,而纯的二氧化钛只能达到63%。金属离子锌、镉、铜、银、铬的掺杂量分别为5%、3%、3%、2%、5%时,光催化效果较好,都能达到90%以上;锌为3%、镉为5%的混合掺杂时光催化降解率能达到96.88%;银为5%、铜为1%的混合掺杂时光催化降解率可达到91.45%;锌为1%、银为5%混合掺杂时光催化降解率可达到95.81%。当锌为3%、镉为5%、铬为3%时,三者混合掺杂的降解率可达到90.65%。研究了稀土金属元素镧、钕、钇、铕掺杂对TiO₂光催化活性的影响。实验结果表明,稀土元素掺杂影响TiO₂活性,可以抑制TiO₂由锐钛矿到金红石的转变;提高光吸收率和抑制载流子复合。能明显的提高TiO₂的光催化降解能力。稀土掺杂的TiO₂在150min内达到降解率98%以上,而纯的TiO₂只能达到63%。

溶胶—凝胶法二氧化钛的制备及其光催化性能的研究

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