碘掺杂TiO2催化剂的改性及其对邻氯苯酚的降解研究

论文摘要

制备和表征了改性后的碘掺杂TiO2（I-TiO2）可见光催化剂,采用X射线衍射（XRD）、比表面积测试（BET）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见吸收光谱（UV-vis）等表征手段,研究催化剂的物理化学性质与光催化活性之间的关系。选择邻氯苯酚（2-CP）作为目标污染物,考察了改性后催化剂的光催化降解性能。I-TiO2经过镓修饰后得到光催化剂（Ga,I-TiO2）。表征结果显示,当镓的掺杂量小于0.5 mol%时,镓能够进入TiO2晶格。掺杂量进一步增加后,多余的镓就会因无法进入晶格而聚集在TiO2表面。Ga,I-TiO2催化剂的可见光和紫外可见光催化实验结果表明,镓的掺杂量（Ga/Ti）范围为0.1-1 mol%,煅烧温度范围为400-600 oC时,0.5 mol%的掺杂量和400 oC煅烧温度是最优条件。镓掺杂后可导致催化剂产生氧空位,而氧空位能够抑制光生电子–空穴对的复合,从而提高了光催化剂对2-CP降解的催化活性。此外,在可见光辐照下,研究了I-TiO2与二氧化锡（SnO2）复合光催化剂（SIT）对2-CP的降解性能。系统地研究了SnO2掺入量及煅烧温度等制备条件对催化降解效率的影响。SnO2和I-TiO2之间存在协同效应,两者的复合增强了可见光下催化剂捕获光子的效率,因此表现出较高的光催化活性。各种自由基捕获剂的引入及鼓氮气对催化结果的影响,证明2-CP的降解是由光生空穴直接氧化造成的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 2 光催化处理技术'>1.1 TiO₂光催化处理技术
• 1.2 光催化反应机理
• 2 光催化剂化学改性'>1.3 TiO₂光催化剂化学改性
• 1.3.1 金属掺杂改性
• 1.3.2 非金属掺杂改性
• 1.3.3 半导体复合改性
• 1.3.4 光敏化
• 1.3.5 共掺杂
• 1.3.6 其他改性方法
• 2 光催化活性的因素'>1.4 影响TiO₂光催化活性的因素
• 1.4.1 晶体结构
• 1.4.2 晶粒尺寸
• 2 表面特性'>1.4.3 TiO₂表面特性
• 1.5 本论文研究目的、研究内容及特色
• 第二章 实验与分析
• 2.1 实验材料与设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验材料与设备
• 2.2 实验装置
• 2.3 可见光催化剂的制备与表征方法
• 2 的制备'>2.3.1 I-TiO₂的制备
• 2 的制备'>2.3.2 Ga,I-TiO₂的制备
• 2.3.3 SIT 的制备
• 2.3.4 光催化剂的表征方法
• 2.4 实验过程
• 2 光催化降解邻氯苯酚'>2.4.1 Ga,I-TiO₂光催化降解邻氯苯酚
• 2.4.2 SIT 光催化降解邻氯苯酚
• 2.5 样品及产物测定方法
• 第三章 实验结果与讨论
• 2 光催化剂性质及其降解2-CP 的研究'>3.1 Ga,I-TiO₂ 光催化剂性质及其降解2-CP 的研究
• 2 晶型结构'>3.1.1 Ga,I-TiO₂晶型结构
• 3.1.2 UV-vis 测试
• 3.1.3 XPS 分析
• 3.1.4 BET 测试及形貌分析
• 3.1.5 光催化活性测试
• 3.1.6 小结
• 3.2 SIT 光催化剂性质及其降解2-CP 的研究
• 3.2.1 XRD 分析
• 3.2.2 BET 测试
• 3.2.3 TEM 形貌分析
• 3.2.4 UV-vis 分析
• 3.2.5 XPS 研究
• 3.2.6 光催化性能测试
• 3.2.7 光催化反应机理研究
• 3.2.8 小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文