纳米TiO2的制备及气相光催化降解苯的研究

论文摘要

室内空气中的主要有害物质是挥发性有机物（VOCs）,这些物质致使环境污染加剧,室内空气质量下降,危害人体健康,室内空气净化已引起人们的关注。TiO2因其氧化能力强、化学稳定性好、无毒等特点成为用于净化室内空气的光催化剂的首选材料。但TiO2窄的光响应范围、低的气相光催化降解效率等缺点限制了其应用。因此,对TiO2光催化剂进行掺杂改性,提高其在可见光下对室内污染气体（尤其是苯）的降解效率尤为重要。本文对掺杂TiO2光催化剂的合成及其降解苯的光催化性能展开研究：采用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为钛源,乙醇或水为溶剂,分别以H3BO3、NH4F作为掺杂源制备B掺杂以及N,F共掺杂的纳米TiO2光催化材料。采用XRD、SEM、TEM、XPS及UV-Vis等测试手段对合成材料的相组成、形貌、表面元素状态及紫外可见光吸收性能等进行表征,确立最佳工艺参数。将合成的TiO2光催化剂应用于气态苯的降解,以P25作参照,通过气相色谱仪测试其在紫外及可见光下的光催化性能,并分析B掺杂以及N,F共掺杂对TiO2光催化活性的影响规律。研究结果表明：B与Ti掺杂摩尔比R为0.6、600℃下热处理2.0 h时制备的B掺杂TiO2光催化剂的光催化活性较好,紫外光下可在55 min将气态苯全部降解完毕,降解效率约为P25的两倍；可见光下约为P25的1.4倍。N,F与Ti掺杂摩尔比S为0.1,600℃下热处理2.0 h时制备的N,F共掺杂TiO2光催化剂的光催化活性较好,在紫外光下80 min对苯的降解率达到90%,为P25的1.3倍。B掺杂明显增强了TiO2光催化剂的吸光强度,大幅度提高了TiO2的光催化活性；同时,B原子的引入使得TiO2的光谱吸收边红移,拓展了TiO2光催化剂的光吸收范围,增强了TiO2的可见光活性。N,F共掺杂降低了TiO2的禁带宽度,同时增强了其表面酸性,提供了更多的活性位,使TiO2光催化剂的光催化活性得到明显提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 2光催化剂的结构及其光催化作用机理'>1.2 TiO₂光催化剂的结构及其光催化作用机理
• 2晶体结构'>1.2.1 TiO₂晶体结构
• 2的光催化机理'>1.2.2 TiO₂的光催化机理
• 1.3 纳米光催化剂的效应
• 1.3.1 能级移动
• 1.3.2 光激发位置趋近表面
• 1.3.3 电荷分离的空间变小
• 1.3.4 表面积增大
• 2光催化剂的改性'>1.4 TiO₂光催化剂的改性
• 1.4.1 复合半导体
• 1.4.2 表面光敏化
• 1.4.3 贵金属沉积
• 1.4.4 金属/非金属离子掺杂
• 2光催化材料的制备'>1.5 TiO₂光催化材料的制备
• 1.5.1 溶胶-凝胶法
• 1.5.2 水热法
• 1.5.3 微乳液法
• 1.5.4 钛醇盐水解法
• 1.6 气相光催化的研究进展
• 1.7 研究目的及主要研究内容
• 2光催化材料及其光催化活性表征'>第2章 溶胶-凝胶法制备B掺杂TiO₂光催化材料及其光催化活性表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料
• 2粉体的制备'>2.1.2 纳米TiO₂粉体的制备
• 2.1.3 气相光催化性能测试
• 2.1.4 样品的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2物相的影响'>2.2.1 B掺杂摩尔比及煅烧温度对TiO₂物相的影响
• 2的形貌分析'>2.2.2 TiO₂的形貌分析
• 2的XPS分析'>2.2.3 B掺杂TiO₂的XPS分析
• 2光谱吸收特征分析'>2.2.4 B掺杂TiO₂光谱吸收特征分析
• 2的光催化性能研究'>2.2.5 B掺杂TiO₂的光催化性能研究
• 2光催化活性影响的机理分析'>2.2.6 B掺杂对TiO₂光催化活性影响的机理分析
• 2.3 本章小结
• 2光催化材料及其光催化活性表征'>第3章 钛醇盐法制备B掺杂TiO₂光催化材料及其光催化活性表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 光催化剂的制备
• 3.1.3 光催化降解气相苯的性能测试
• 3.1.4 样品的表征
• 3.2 结果与讨论
• 2的相组成分析'>3.2.1 钛醇盐法制备的TiO₂的相组成分析
• 2的形貌分析'>3.2.2 钛醇盐法制备的TiO₂的形貌分析
• 2的光谱吸收特征分析'>3.2.3 B掺杂TiO₂的光谱吸收特征分析
• 2的光催化性能研究'>3.2.4 B掺杂TiO₂的光催化性能研究
• 3.3 本章小结
• 2光催化材料及其光催化活性表征'>第4章 溶胶-凝胶法制备N,F共掺杂TiO₂光催化材料及其光催化活性表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 光催化剂的制备
• 4.1.3 光催化降解气相苯的性能测试
• 4.1.4 样品的表征
• 4.2 结果与讨论
• 2物相的影响'>4.2.1 N,F掺杂摩尔比及煅烧温度对TiO₂物相的影响
• 2的形貌分析'>4.2.2 N,F共掺杂TiO₂的形貌分析
• 2的XPS分析'>4.2.3 N,F共掺杂TiO₂的XPS分析
• 2光谱吸收特征分析'>4.2.4 N,F共掺杂TiO₂光谱吸收特征分析
• 2的光催化性能研究'>4.2.5 N,F共掺杂TiO₂的光催化性能研究
• 2光催化活性的机理分析'>4.2.6 N,F共掺杂影响TiO₂光催化活性的机理分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢