具有可见光响应的间隙型N/F-TiO2的制备及光催化活性研究

论文摘要

Ti02光催化剂是最具开发前途的绿色环保型催化剂,但由于禁带宽度大、量子效率低等不足,限制其在生产生活中的广泛应用。本文采用酸性一溶胶法,以钛酸丁酯为前驱体,氟化铵和氯化铵为掺杂剂,制备了N/F-TiO2粉末。通过光降解实验,发现最佳掺杂浓度比为Ti:N:F=1:20%:10%,最佳煅烧温度为350℃。经X射线衍射（XRD）谱图分析表明,晶体类型为锐钛矿和金红石的混合晶型,101面晶粒尺寸为7.2nm。X射线光电子能谱（XPS）分析表明,N/F-TiO2中N主要为间隙掺杂,F则以化学吸附和Ti-F两种形式存在于Ti02中。紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）谱图分析表明,N/F-TiO2吸收光谱发生红移,同时对紫外光的吸光率也有所提高。在N/F-TiO2中,N、F两种元素具有协同作用,在降低催化剂带隙能的同时,促进了光生载流子的分离,共同提高光催化剂性能。以制备得到的N/F-TiO2为光催化剂,在150W可见灯照射下,经120min光催化反应后,活性艳红X-3B的脱色率高达99.3%,TOC去除率也达到72.4%。通过研究催化剂和目标降解物之间的吸附行为以及与光催化反应之间的关系,发现酸性条件利于N/F-TiO2对X-3B的吸附,从而加快光催化反应的进行。同时对其动力学拟合结果表明该反应遵循L-H一级反应动力学模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 光催化技术简介
• 2光催化反应基本机理'>1.2.1 TiO₂光催化反应基本机理
• 2光催剂的应用'>1.2.2 TiO₂光催剂的应用
• 2制备方法简介'>1.3 TiO₂制备方法简介
• 2光催化性能的主要方法'>1.4 提高TiO₂光催化性能的主要方法
• 1.4.1 贵金属沉积
• 1.4.2 复合半导体
• 1.4.3 光敏化
• 2的表面修饰'>1.4.4 TiO₂的表面修饰
• 1.4.5 离子掺杂
• 1.4.6 多元化修饰
• 1.5 课题的意义、主要内容和创新点
• 1.5.1 课题的意义
• 1.5.2 实验主要内容
• 1.5.3 实验创新点
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.1.1 试剂与原料
• 2.1.2 染料废水
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 实验步骤
• 2.3.2 仪器与分析手段
• 3 催化剂的制备、表征与分析
• 3.1 催化剂的制备
• 3.2 XRD谱图
• 3.3 XPS图谱
• 3.4 UV-Vis DRS图谱
• 3.5 本章小结
• 4 光催化降解实验条件优化及动力学研究
• 2光催化性能的影响'>4.1 N/F掺杂量对TiO₂光催化性能的影响
• 4.2 煅烧温度对催化剂性能的影响
• 4.3 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 实验结论
• 5.2 存在的不足及建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文