纳米二氧化钛光催化机理及其新型COD测定方法与仪器的研究

论文摘要

环境污染问题已经成为当前中国发展中的一个重大问题，水质的污染是环境污染的一大方面，污水是否达到排放标准由污水的污染指数决定，其中最重要的指标是污水的化学需氧量（COD）值。目前在工业和环境监测部门COD的检测方法仍沿用重铬酸钾滴定法和库仑法，但上述方法存在分析时间长、操作过程繁琐、测定准确度差、易带来二次污染等缺点。因此，需要建立新的方法以满足监测水体中的污染物，特别是用于监督工业污水排放的要求。新方法必须快速、准确、对环境友好，并能提高现有方法的灵敏度和使用范围。 纳米TiO2光催化作为一种高级氧化技术可将水中有机污染物完全光催化降解为H2O和CO2，因此光催化在有机污染物降解方面具有降解效率高、无二次污染等优点而受到人们的广泛关注，在环境监测方面显示出广阔的应用前景。 然而，纳米WiO2光催化在应用上还存在许多问题，如催化剂悬浮体系存在的难回收、易中毒等缺点；光生电子和空穴极易复合而导致光催化效率低；对太阳能的利用率低，光催化方法单一等，这些限制了其在环境分析方面的应用。鉴于以上存在的问题，本论文开展了以下几个方面的工作：（1）将催化剂固定化解决悬浮体系存在的问题；（2）采用光电催化技术提高光催化效率；（3）以钛片为基体制备比表面积大催化活性更高的WiO2纳米管电极来提高光催化效率：（4）制备QDs-CdS敏化的TiO2复合薄膜，扩展了TiO2在可见光区的吸收，并提高了光催化效率。在解决上述问题的同时，研究了纳米TiO2光催化的机理，并在此基础上建立了快速、操作方便、灵敏度高、应用范围广的测定COD的新方法，并研制了COD快速光分析仪，从而拓展了光催化在COD测定中的应用。本论文是国家自然科学基金项目和上海市科委重点项目的部分内容。全文共分五个部分： Ⅰ．绪论（第一章） 本部分内容分为纳米二氧化钛材料的光催化机理研究及应用、半导体量子点及其应用以及化学需氧量的检测现状与发展三个部分。并对这些领域方面的研究与进展作了综述。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米二氧化钛光催化及其应用
• 1.1.1 纳米二氧化钛光催化原理
• 2材料光催化活性的影响因素'>1.1.2 纳米TiO₂材料光催化活性的影响因素
• 2光催化活性的方法'>1.1.3 提高TiO₂光催化活性的方法
• 1.1.4 纳米二氧化钛光催化的应用
• 1.2 半导体量子点及其应用
• 1.2.1 半导体量子点的基本性质
• 1.2.2 半导体量子点的应用研究进展
• 1.3 化学需氧量检测的现状及进展
• 1.3.1 COD测定的标准方法
• 1.3.2 COD测定方法的发展概况
• 1.3.3 COD快速监测仪开发的现状
• 1.4 本论文的工作及意义
• 参考文献
• -离子选择性电极法测定化学需氧量的研究'>第二章 Br^-离子选择性电极法测定化学需氧量的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2-BrO₃^-协同体系光催化氧化测定COD的机理'>2.3.1 纳米TiO₂-BrO₃^-协同体系光催化氧化测定COD的机理
• 2.3.2 光催化氧化条件的选择
• 2.3.3 一些阴离子对测定COD值的影响
• 2.3.4 COD的标准曲线、检测限及实际水样的测定
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 光催化氧化法测定地表水化学需氧量的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 2膜的制备'>3.2.2 纳米TiO₂膜的制备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 2薄膜材料的表征'>3.3.1 纳米TiO₂薄膜材料的表征
• 2-Ce（SO₄）₂协同体系光催化氧化测定COD的机理'>3.3.2 纳米TiO₂-Ce（SO₄）₂协同体系光催化氧化测定COD的机理
• 3.3.3 光催化氧化条件的选择
• 3.3.4 氯离子和氧气的影响
• 2膜的重现性和稳定性'>3.3.5 TiO₂膜的重现性和稳定性
• 3.3.6 COD的标准曲线和检测限
• 3.3.7 实际水样的测定
• 3.4 结论
• 参考文献
• 2纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究'>第四章 TiO₂纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 2纳米管电极'>4.2.2 阳极氧化法制备TiO₂纳米管电极
• 2纳米管的表征'>4.2.3 TiO₂纳米管的表征
• 4.2.4 实验方法
• 4.2.5 水样分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 XRD及SEM表征分析
• 2纳米管修饰电极的光电催化性能研究'>4.3.2 TiO₂纳米管修饰电极的光电催化性能研究
• 2纳米管修饰电极上的光电流响应'>4.3.3 葡萄糖在TiO₂纳米管修饰电极上的光电流响应
• 4.3.4 外加偏压、pH对光生电流的影响
• 2纳米管电极的重现性和稳定性'>4.3.5 TiO₂纳米管电极的重现性和稳定性
• 2Cr₂O₇氧化法的比较'>4.3.6 与传统K₂Cr₂O₇氧化法的比较
• 4.4 结论
• 参考文献
• 2薄膜的制备及其光电催化性能研究'>第五章 量子点CdS敏化纳米TiO₂薄膜的制备及其光电催化性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器和试剂
• 2薄膜电极的制备'>5.2.2 QDs-CdS／TiO₂薄膜电极的制备
• 5.2.3 光电化学测量
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 复合薄膜的紫外—可见吸收、红外光谱
• 5.3.2 复合半导体薄膜的光电转换性能研究
• 5.3.3 复合半导体薄膜的光电催化性能研究
• 5.4 结论
• 参考文献
• 2光电催化传感器测定化学需氧量的研究'>第六章 QDs-CdS／TiO₂光电催化传感器测定化学需氧量的研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 仪器与试剂
• 2薄膜电极的制备'>6.2.2 QDs-CdS／TiO₂薄膜电极的制备
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.4 水样的测定
• 6.3 结果与讨论
• 2光电催化传感器的表征'>6.3.1 QDs-CdS／TiO₂光电催化传感器的表征
• 6.3.2 光生电流的产生
• 2光电化学传感器上的响应电流'>6.3.3 有机物在QDs-CdS／TiO₂光电化学传感器上的响应电流
• 6.3.4 外加电压的影响
• 6.3.5 传感器的线性范围和检测限
• 2光电化学传感器的重现性和稳定性'>6.3.6 QD-CdS／TiO₂光电化学传感器的重现性和稳定性
• 6.3.7 实际水样的测定
• 6.4 结论
• 参考文献
• 第七章 COD快速分析仪的开发和研制
• 7.1 前言
• 7.2 COD快速分析仪的研制
• 7.2.1 仪器工作原理
• 7.2.2 仪器的构成
• 7.2.3 分析流程
• 7.3 仪器的性能与应用效果
• 7.4 结论
• 参考文献
• 附录：博士期间发表和待发表的论文
• 致谢