改性二氧化钛对室内气态甲醛光催化降解实验研究

论文摘要

TiO2作为一种光催化剂,很早就被人们应用在处理废水领域。但是由于自身的性质,使得其只能在紫外光源的激发下才能产生催化效果;其次,纯TiO2的催化效率不高,净化周期较长,因此在实际应用过程中存在很大的局限性。本文利用溶胶-凝胶法对TiO2进行掺杂改性,分别制备了掺杂Ag、Cu、Fe、W、Ce、La、S、Cl共8种复合体系的TiO2,希望通过对TiO2的改性处理,以提高TiO2的光催化性能,拓展其应用范围,从而达到净化室内甲醛的目的。在紫外光源和可见光源激发下,分别利用这8种复合体系的TiO2对液相甲醛和气相甲醛进行了光催化降解的对比试验研究。实验结果表明,在气相条件下部分掺杂体系的TiO2的催化效率要普遍高于液相条件下的催化效率,在紫外光源激发下的催化效率要普遍高于可见光源激发下的催化效率。在这8种复合体系的TiO2中,Cu、Fe、W、Ce、La的掺杂能有效提高TiO2对甲醛的催化效率。其中,在气相条件下,掺杂Cu的TiO2和掺杂Ce的TiO2对甲醛催化的效率最高。在紫外光源的激发下,分别达到60.6%和55.32%;在可见光源的激发下,分别达到56.7%和35.58%。利用1m3的环境测试舱模拟一个被甲醛污染的室内环境,以催化效率最高的掺杂Cu和掺杂Ce的TiO2做为光催化剂,催化降解气态甲醛。实验结果表明,它们分别能在9小时以内和10小时以内将的模拟环境中浓度为1mg/m3左右的甲醛气体降解到国家Ⅰ类民用建筑标准。通过对这两种复合体系TiO2的微观表征,实验发现,掺杂改性不但能促进TiO2混晶晶体的生长,增强其衍射峰的强度,还能增强并拓展其对可见光的吸收,从而达到提高其光催化性能的目的。但与此同时,掺杂改性也会促进TiO2粉末粒径的增长,减少其表面积,一定程度上降低其催化性能。如果能在掺杂改性的同时抑制TiO2粒径的生长,将更进一步提高掺杂体系TiO2的催化性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 光催化氧化反应机理
• 2光催化的因素'>1.2.2 影响半导体TiO₂光催化的因素
• 1.2.3 提高光催化的途径
• 1.2.4 应用范围及未来发展方向
• 1.3 存在的问题
• 1.4 课题研究的内容
• 1.5 本课题的研究目的及意义
• 第2章 实验方案
• 2.1 制备样品的选择
• 2半导体表面贵金属掺杂'>2.1.1 TiO₂半导体表面贵金属掺杂
• 2.1.2 制备复（耦）合半导体
• 2表面稀土掺杂离子掺杂'>2.1.3 TiO₂表面稀土掺杂离子掺杂
• 2半导体表面非金属掺杂'>2.1.4 TiO₂半导体表面非金属掺杂
• 2.2 制备方法的确定
• 2.2.1 气相法
• 2.2.2 液相法
• 2.2.3 制备方法的确定
• 2光催化性能的检测'>2.3 TiO₂光催化性能的检测
• 2.3.1 检测原理
• 2.3.2 甲醛标准曲线的绘制
• 2光催化甲醛的检测方法'>2.3.3 TiO₂光催化甲醛的检测方法
• 第3章 结果与讨论
• 2净化效果比较'>3.1 液相环境掺杂体系TiO₂净化效果比较
• 3.1.1 利用紫外光源激发的效果比较
• 3.1.2 利用可见光源激发的效果比较
• 3.1.3 小结
• 2净化效果比较'>3.2 气相环境掺杂体系TiO₂净化效果比较
• 3.2.1 利用紫外光源激发的效果比较
• 3.2.2 利用可见光源激发的效果比较
• 3.2.3 小结
• 3.3 气液两相催化效率的比较分析
• 第4章 应用与机理分析
• 4.1 应用
• 4.2 样品晶相结构（XRD）
• 4.3 样品激光粒度分布（LPSA）
• 4.4 样品紫外-可见漫反射吸收光谱（DRS）
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果