可见光下铒—镱—铁共掺纳米TiO2光催化杀菌作用研究

论文摘要

本文利用稀土离子Er3+、Yb3+和过渡金属离子Fe3+共掺杂,制备出Er3+-Yb3+-Fe3+三掺纳米TiO2,并探讨了其在可见光下的光催化性能。具体研究内容如下:1.利用溶胶-凝胶法合成了Er3+-Yb3+-Fe3+三掺纳米TiO2粉末,通过X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱及488nm上转换光致发光光谱等,对其晶体结构、表面形貌及发光特性进行了表征。2.以1050°С煅烧得到的三掺纳米TiO2粉末为光催化剂,研究了其在可见光照射下,对大肠杆菌的杀伤效果,考察了杀菌效率与光照时间、菌液初始浓度、pH值、实验温度及催化剂用量之间的关系,并提出了光催化杀菌过程中可能的上转换发光及能量吸收和转移机理。结果表明,室温下,当催化剂浓度为1.0 mg/mL,菌液初始浓度为3×107cfu/ml,菌液pH值为7.4,光源为150W,照射90min后,细菌的杀灭率达到93.8%。此外,还对此纳米TiO2粉末光催化剂,进行了固化研究,并考察了聚乙烯醇（PVA-1750）和催化剂用量比对杀菌率的影响。3.以载玻片为载体,利用溶胶-凝胶法,在添加高分子化合物聚乙二醇（PEG）的基础上,制备出Er3+-Yb3+-Fe3+三掺纳米TiO2薄膜,利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对薄膜光催化剂的结构和表面形态进行了表征,研究了煅烧温度（400°С和500°С）、PEG加入量、PEG分子量对光催化杀菌作用的影响。发现室温下,当菌液初始浓度为3×104cfu/ml,PEG-2000加入量为2g时,经150W可见光照射90min后,400°С煅烧下制得的三掺纳米TiO2薄膜催化剂杀菌率最大,可达78.6%。4.控制相同的光催化条件和菌液初始浓度,对悬液体系与固化体系的光催化效果进行了对比研究,结果表明,悬液体系中光催化剂与细菌接触充分,催化位点多,杀菌率远远高于固化体系。但是,光催化剂固化后有利于再次回收和重复利用,具有一定的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 2 光催化材料应用现状'>1.1 纳米Ti0₂光催化材料应用现状
• 2 光催化反应机理'>1.2 纳米Ti0₂光催化反应机理
• 2 能带理论'>1.2.1 纳米Ti0₂能带理论
• 2 光催化杀菌机理'>1.2.2 纳米Ti0₂光催化杀菌机理
• 2 的制备'>1.3 纳米Ti0₂的制备
• 2 的制备'>1.3.1 纳米Ti0₂的制备
• 2 负载技术'>1.3.2 纳米Ti0₂负载技术
• 2 的改性'>1.4 纳米Ti0₂的改性
• 1.4.1 表面贵金属沉积
• 1.4.2 过渡金属离子掺杂
• 1.4.3 稀土离子掺杂
• 1.4.4 非金属元素掺杂
• 1.4.5 半导体复合
• 1.4.6 多种改性方法共用
• 1.5 稀土上转换发光材料
• 1.6 本论文的选题意义和主要研究内容
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂粉末光催化剂的制备及杀菌性能研究'>第二章 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂粉末光催化剂的制备及杀菌性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂ 粉末光催化剂制备[87]'>2.2.2 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂粉末光催化剂制备[87]
• 2.2.3 样品表征
• 2.2.4 杀菌实验
• 2.3 结果与讨论
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂XRD 分析'>2.3.1 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂XRD 分析
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂ 紫外-可见吸收光谱分析'>2.3.2 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂紫外-可见吸收光谱分析
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂TEM 分析'>2.3.3 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂TEM 分析
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂ 上转换发射光谱分析'>2.3.4 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂上转换发射光谱分析
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂ 对大肠杆菌的杀灭效果'>2.3.5 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂对大肠杆菌的杀灭效果
• 2.3.6 激发光源以及菌株不同对杀菌率的影响
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂ 上转化杀菌机理'>2.3.7 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂上转化杀菌机理
• 2.4 本章小结
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂固化方法及光催化杀菌效果研究'>第三章 Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺纳米Ti0₂固化方法及光催化杀菌效果研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂ 薄膜光催化剂'>3.2.2 溶胶-凝胶法制备Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂薄膜光催化剂
• 3+-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂ 薄膜光催化剂'>3.2.3 粉末法制备Er³⁺-Yb³⁺-Fe³⁺共掺杂纳米Ti0₂薄膜光催化剂
• 2 薄膜光催化杀菌实验'>3.2.4 溶胶-凝胶法制备掺杂型纳米Ti0₂薄膜光催化杀菌实验
• 2 薄膜光催化杀菌实验'>3.2.5 粉末法制备掺杂型纳米Ti0₂薄膜光催化杀菌实验
• 3.3 结果与讨论
• 2 薄膜光催化杀菌效果'>3.3.1 溶胶-凝胶法制备掺杂型纳米Ti0₂薄膜光催化杀菌效果
• 2 薄膜结构表征'>3.3.2 溶胶-凝胶法制备掺杂型纳米Ti0₂薄膜结构表征
• 2 薄膜光催化杀菌效果'>3.3.3 粉末法制备掺杂型纳米Ti0₂薄膜光催化杀菌效果
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况