铁掺杂纳米二氧化钛的制备及光催化性能的研究

论文摘要

二氧化钛是一种最有发展前景的光催化材料,与其他半导体材料相比,具有催化性能高、稳定性好、无毒价廉等优点。但二氧化钛作为光催化材料明显存在两点不足:二氧化钛是一种宽禁带半导体,只能被波长较小的紫外光吸收,太阳能利用率低;光生电子和光生空穴极易复合,光生载流子效率低。针对目前二氧化钛光催化研究中存在的问题,本实验对二氧化钛进行铁掺杂改性研究,期望可以提高二氧化钛光催化剂的活性,扩展其对可见光的响应范围,提高催化光源的利用率。本文以Fe2O3为掺杂杂质,采用高能球磨法制备了纯纳米二氧化钛和掺铁离子(Fe3+)纳米二氧化钛粉末,以亚甲基兰作为目标降解物,利用紫外-可见分光光度计对二氧化钛光谱以及亚甲基兰溶液的吸光度进行了分析。结果表明,铁掺杂可以使二氧化钛的光谱吸收边红移,掺杂样品的吸收边红移量最大的与未经掺杂样品相比移动了近20nm,有利于对可见光的吸收;适量的掺杂可以使二氧化钛的光催化性能明显提高,本实验铁离子的最佳掺杂量为(Fe3+:TiO2,质量比):0.1%,与未掺杂样品相比,光催化降解率提高了近20%。同时还对不同煅烧温度的二氧化钛光谱以及对亚甲基兰溶液的降解进行了研究,结果显示,温度对二氧化钛光谱吸收边及亚甲基兰溶液的降解率影响较大,本实验光谱吸收边最大是在500℃时,且此时降解率也最大。实验还研究了亚甲基兰初始浓度以及二氧化钛投放量对亚甲基兰溶液光催化降解的影响,结果显示当初始浓度为12mg/L、投放量为0.8g/L时,降解效果最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 2光催化剂的研究进展'>1.1 TiO₂光催化剂的研究进展
• 2的制备方法'>1.2 纳米TiO₂的制备方法
• 1.2.1 固相法
• 1.2.2 气相法
• 1.2.3 液相法
• 2光催化活性的途径'>1.3 提高TiO₂光催化活性的途径
• 1.3.1 贵金属沉积
• 1.3.2 金属离子掺杂
• 1.3.3 非金属掺杂
• 1.3.4 复合半导体
• 1.3.5 表面光敏化
• 1.3.6 强酸修饰
• 1.3.7 光催化剂载体
• 2在环境保护方面的应用'>1.4 纳米TiO₂在环境保护方面的应用
• 1.4.1 污水处理
• 1.4.2 空气净化
• 1.4.3 杀菌消毒
• 1.5 本论文的主要目的及内容
• 2光催化的理论基础'>第二章 TiO₂光催化的理论基础
• 2的晶体结构'>2.1 TiO₂的晶体结构
• 2的能带结构'>2.2 TiO₂的能带结构
• 2的光催化反应机理'>2.3 TiO₂的光催化反应机理
• 2的制备'>第三章 铁离子掺杂纳米TiO₂的制备
• 3.1 前言
• 2的制备'>3.2 纯的及铁离子掺杂纳米TiO₂的制备
• 3.2.1 主要原料及设备
• 3.2.2 制备过程
• 2的光谱表征'>3.3 纳米TiO₂的光谱表征
• 3.3.1 紫外-可见分光光度计
• 3.3.2 样品的紫外及可见光吸收光谱的测定
• 3.4 制备过程中的影响因素
• 3.4.1 球磨速度的影响及分析
• 3.4.2 球磨时间的影响及分析
• 3.4.3 球磨温度的影响及分析
• 3.4.4 球料比的影响及分析
• 3.4.5 煅烧时间的影响及分析
• 2紫外-可见光谱分析'>3.5 TiO₂紫外-可见光谱分析
• 2紫外-可见吸收光谱的影响及分析'>3.5.1 铁掺杂对TiO₂紫外-可见吸收光谱的影响及分析
• 2紫外-可见吸收光谱的影响及分析'>3.5.2 热处理温度对TiO₂紫外-可见吸收光谱的影响及分析
• 2光催化性能研究'>第四章 纳米TiO₂光催化性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 亚甲基兰溶液浓度测量方法
• 2光催化性能分析'>4.3 TiO₂光催化性能分析
• 4.3.1 催化剂对亚甲基兰降解率的影响及分析
• 4.3.2 光照时间对亚甲基兰降解率的影响及分析
• 4.3.3 亚甲基兰初始浓度对降解率的影响及分析
• 2投放量对亚甲基兰光降解率的影响及分析'>4.3.4 TiO₂投放量对亚甲基兰光降解率的影响及分析
• 2光催化性能的影响及分析'>4.3.5 铁掺杂对TiO₂光催化性能的影响及分析
• 2光催化性能的影响及分析'>4.3.6 热处理温度对TiO₂光催化性能的影响及分析
• 2光催化性能的影响及分析'>4.3.7 pH值对TiO₂光催化性能的影响及分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢