基于N,F掺杂TiO2NTs阳极的光催化燃料电池产电及降解卡马西平的效能研究

摘要

卡马西平作为一种频繁使用的药品，如果处理不当排放进入水体，不仅造成了严重的环境污染和生态破坏，而且影响居民的日常生活甚至威胁人体的健康和安全。本文设计了一种新型的以掺杂氮氟的TiO2纳米管作为光阳极的光催化燃料电池，以卡马西平为燃料进行产电效果的相关研究以及以卡马西平为燃料的降解效果的探索。主要包括以下几个方面：
　　1）采用阳极氧化法制备掺杂氮氟的 TiO2纳米管作为光催化燃料电池的光阳极。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射及光催化效果等方法对制备的光阳极进行表征分析。结果表明制备得到的光阳极的纳米管长度500nm左右，管径在100nm左右，均匀有序，方向性强；热处理煅烧后XRD分析显示光阳极中出现了光催化效果较好的锐钛矿型 TiO2；光阳极中成功将氮氟元素掺杂进入，通过紫外-可见漫反射可以看出光阳极对可见光也有了响。
　　2）将制备的TiO2纳米管作为光阳极，建立光催化燃料电池，以卡马西平为燃料进行相关产电性能的研究。光催化燃料电池能够产生高达0.7V的电动势；相同浓度底物时电池的电动势 max功率密度 max与光辐照强度呈正相关，电池的内阻与光辐照强度呈负相。使用质子交换膜后，相同条件下光催化燃料电池的电动势降低，是因为质子交换膜在两个电极间阻隔了其他离子的传导，仅允许H+通过，降低了电池系统的导电性能。由于掺杂了氮氟进入光阳极，使得光催化燃料电池在可见光范围产生了响应，不在局限于紫外光范围，这大大提高了对太阳光谱的利用率，降低了对能源的消耗。
　　3）光催化燃料电池以1mg/L的卡马西平作为燃料，进行产电与降解效能分析。UVA-LED及可见光下均有降解，利用了燃料当中的化学能。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 TiO2纳米管的研究及进展

1.3 微生物燃料电池的简单介绍

1.4 光催化燃料电池的研究现状

1.5 课题研究的意义

1.6 课题研究的目的、内容、技术路线

1.7 创新之处与拟解决的问题

2 实验研究材料与方法

2.1 实验材料和仪器

2.2 实验方装置及方法

3 掺杂氮氟元素的光阳极表征分析

3.1 表征与分析

3.2 小结

4 光催化燃料电池的产电性能研究--以卡马西平为燃料

4.1 引言

4.2 光催化燃料电池的构建

4.3 电池产电性能研究

4.4 小结

5 卡马西平降解效能及机制研究

5.1 降解效能及动力学分析

5.2 小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果