改性纳米TiO2薄膜的制备及其光催化处理焦化废水

论文摘要

随着资源的过度利用和大自然的严重污染,生态环境遭受了严重的破坏。人们迫切需要开发能够经济有效地利用能源并具有不污染环境的功能意识材料。纳米TiO2正是这种具有净化环境功能的绿色材料,它可完成环境净化、能源再生、能源贮备、不污染环境等多项功效。纳米TiO2可通过多种技术制备,且日臻成熟,但仍普遍存在设备复杂、条件难控、产业化困难等问题。纳米TiO2具有无毒、催化效率高、性能稳定、价廉等突出特点,以及在光催化氧化处理废水及净化空气中的应用,使它已成为目前光催化研究领域中最活跃的方向之一。焦化废水是冶金工业废水中的一类,其危害大、处理困难,已成为我国目前重点控制的废水之一。光催化氧化技术是近年来发展起来的一种新型水处理技术,因高效、无二次污染,且具有可直接利用太阳能的潜力,而受到各国学者的关注。纳米TiO2具有优异的光催化活性,它能将环境中存在的微量有机物降解为无污染的无机物,还能杀死细菌病毒,因此具有广泛的应用前景。但是,纳米TiO2光催化剂须依赖于紫外光,对太阳光的利用率低,因而限制了它的应用。为了提高纳米TiO2在可见光区的光催化活性,充分利用太阳光,必须对其进行改性。以硫脲为掺杂剂制备了均匀分散的硫掺杂纳米TiO2光催化剂,探讨了硫掺杂对纳米TiO2的晶相结构、原子价态及催化剂表面状态的影响,并对其掺杂机理进行了研究。结果认为在高温热处理过程中,由于微量的硫以S4+进入TiO2的晶格中取代了部分Ti4+而导致局部变形,导致TiO2的价带和导带之间的带隙变窄,从而提高了TiO2的可见光的光谱响应。本文用硫掺杂纳米TiO2作为光催化剂催化降解焦化废水,实验结果表明经450℃热处理的硫掺杂纳米TiO2薄膜能很好地降解焦化废水中的有机物,处理后水中的COD与NH3-N等指标均达到排放要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 2光催化处理技术'>1.1 纳米TiO₂光催化处理技术
• 2光催化处理技术的发展'>1.1.1 纳米TiO₂光催化处理技术的发展
• 2光催化处理废水的发展概况'>1.1.2 纳米TiO₂光催化处理废水的发展概况
• 2光催化原理'>1.2 纳米TiO₂光催化原理
• 1.3 焦化废水的危害及处理现状
• 1.3.1 焦化废水的来源及组成
• 1.3.2 焦化废水的危害
• 1.3.3 焦化废水的处理现状
• 1.3.4 焦化废水处理存在的问题
• 1.4 本课题的主要内容和研究意义
• 2薄膜的制备和表征'>第二章 纳米TiO₂薄膜的制备和表征
• 2的制备方法'>2.1 纳米TiO₂的制备方法
• 2薄膜'>2.2 溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂薄膜
• 2.2.1 实验材料及方法
• 2.2.2 基体的选择
• 2.2.3 玻璃的预处理
• 2.2.4 成膜
• 2.3 二氧化钛薄膜性能的检测技术
• 2.3.1 电子显微分析
• 2.3.2 原子力显微技术
• 2.3.3 X射线衍射分析
• 2.4 实验结果和分析
• 2.4.1 不同配方成膜情况的比较
• 2薄膜工艺的影响因素'>2.5 溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂薄膜工艺的影响因素
• 2的制备、表征及光催化机理研究'>第三章 硫掺杂纳米TiO₂的制备、表征及光催化机理研究
• 2的掺杂改性'>3.1 纳米TiO₂的掺杂改性
• 2的改性方法'>3.1.1 纳米TiO₂的改性方法
• 2改性作用机理'>3.1.2 纳米TiO₂改性作用机理
• 2'>3.1.3 掺杂硫元素纳米TiO₂
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验材料及方法
• 2光催化剂粉末的制备'>3.2.2 掺杂硫元素纳米TiO₂光催化剂粉末的制备
• 2的形貌及晶相的表征'>3.3.3 硫掺杂对纳米TiO₂的形貌及晶相的表征
• 2光催化处理焦化废水'>第四章 硫掺杂纳米TiO₂光催化处理焦化废水
• 2在水中有机污染物降解方面的应用'>4.1 纳米TiO₂在水中有机污染物降解方面的应用
• 2薄膜的制备'>4.2 玻璃基硫掺杂纳米TiO₂薄膜的制备
• 4.2.1 实验材料及方法
• 4.2.2 薄膜的制备
• 4.2.3 成膜的工艺控制
• 4.3 焦化污水的光催化降解
• 4.3.1 污水的光催化降解的影响因素
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历