三元光催化剂TiO2-(AC+AB)的设计与制备及光降解染料废水的研究

摘要

我国每年排放的印染废水量大，且含毒性和难降解的有机污染物多，传统的物理化学和生物方法存在着局限性。因此，在太阳光下光降解染料废水具有重要的现实意义。
　　本实验探讨了将活性炭（AC）和乙炔黑（AB）作为 TiO2的掺杂剂，制备二元光催化剂，利用AC的强吸附能力来改善复合光催化剂的吸附能力，利用AB的强导电能力抑制电子-空穴对的再复合。在此基础上，再将AC和AB作为TiO2的共掺杂剂制备三元光催化剂，探讨AC和AB是否能够协同提高复合光催化剂的光催化性能。
　　本研究采用溶胶-凝胶法，制备了纳米TiO2。探究了钛醇比、煅烧温度以及煅烧时间对二氧化钛光催化性能的影响。实验结果表明，制备TiO2光催化剂的最佳条件是：3 mL钛酸丁酯，20 mL无水乙醇，0.6 mL（2 mol/L）盐酸，1 mL去离子水，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2 h。XRD分析表明，实验制备的TiO2为锐钛矿型，粒径为13.31 nm。然后，制备了二元光催化剂 TiO2-AC，TiO2-AB和三元光催化剂TiO2-(AC+AB)。并以刚果红和茜素红为模拟染料废水，研究了复合光催化剂的吸附性能和光催化性能。结果表明， AC和AB对刚果红都有吸附能力，但AB对茜素红没有吸附作用。对于刚果红染料废水，二元光催化剂TiO2-AC当Ti:AC比为1:0.03时表现出了最好的处理效果，刚果红的去除率达到98％；二元光催化剂TiO2-AB当Ti:AB比为1:0.007时表现出了最好的处理效果，去除率也达到了98%。对于茜素红染料废水，二元光催化剂TiO2-AB当Ti:AB比为1:0.01时，效果最好，去除率达到了97%。在三元光催化剂TiO2-(AC+AB)体系中，AC的存在，可以加快刚果红染料向催化剂表面迁移的速率，AB的存在，可以在溶液体系中产生更多的强氧化性基团，三元光催化剂TiO2-(AC+AB)当Ti:AC:AB比为1:0.01:0.006时，三组分(TiO2，AC， AB)之间产生了明显的协同效应。三元光催化剂TiO2-(1%AC+0.6%AB)在经过了5次重复使用之后，对刚果红的去除率仍能达到90%，表明其具有良好的稳定性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 纳米TiO2光催化原理

1.3 纳米TiO2的性质

1.4 对TiO2改性的方法

1.5 TiO2的应用

1.6 本课题的研究内容和创新意义

第2章 实验材料与方法

2.1 实验药品与仪器

2.2 实验方法

2.3 研究的主要技术路线

2.4 光催化活性实验

第3章 TiO2的制备及光催化性能的研究

3.1 概述

3.2 模拟废水的选择

3.3 TiO2的性能研究

3.4 本章小结

第4章 TiO2-AC的制备及光催化性能研究

4.1 概述

4.2 TiO2-AC的吸附和光降解实验结果与讨论

4.3 TiO2-AC的吸附动力学研究

4.4 表征结果与讨论

4.5 本章小结

第5章 TiO2-AB的制备及光催化性能研究

5.1 概述

5.2 TiO2-AB对刚果红的吸附和光降解实验结果与讨论

5.3 TiO2-AB的吸附动力学研究

5.4 复合光催化剂TiO2-AB对茜素红染料的降解

5.5 表征结果与讨论

5.6 本章小结

第6章 TiO2-(AC+AB)的制备及光催化性能研究

6.1 TiO2-(AC+AB)的光催化性能研究

6.2 TiO2-(AC+AB)降解不同浓度的刚果红和茜素红染料

6.3 三元光催化剂TiO2-(1%AC+0.6%AB)的重复使用情况

6.4 表征结果与讨论

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢