掺杂型TiO2漂浮式可见光光催化剂的制备及其应用研究

摘要

作为高效的太阳光光催化剂，粉末状TiO2光催化剂在液相中的光捕获和循环使用问题已经严重的限制了它在光催化领域的实际应用。漂浮型可见光光催化剂作为粉末状TiO2光催化剂的替代物正在被推广。因此，本文通过不同的方法制备两种不同载体不同形貌的掺杂型漂浮式可见光光催化剂，并将其用于处理有毒性高污染水且取得较好的降解效果。
　　首先，通过软模板自组装的方法制备TiO2中空球粉末，在通过超声浸渍辅助法将制备的TiO2中空球粉末沉积在聚氨酯泡沫上制备C、N掺杂型TiO2中空球漂浮式可见光光催化剂。利用一些表征手段确定制各样品的形貌和表面的元素形态以及官能团。以温度为单因素时，确定最佳煅烧温度为550℃，随后的单因素实验确定钛源和软模版质量比为1∶1。以含毒性的酚类为目标污染物，考察制备的碳氮共掺杂漂浮式TiO2中空球可见光光催化剂在不同的光照条件，pH，初始浓度，催化剂使用量等变量下的降解效果。最后考察制各的漂浮式可见光光催化剂的循环稳定性和漂浮性，总结降解时的最佳条件。实验结果表明碳氮共掺杂漂浮式TiO2中空球可见光光催化剂对含毒的含氛废水有较好的处理效果，且性能较为稳定。
　　其次，通过溶剂热法制备3D层状TiO2花粉末，随后将预处理过的生物质碳和溶剂混合一起通过溶剂热法将3D层状TiO2花生长在轻质生物质碳上制备成C、N掺杂型TiO2漂浮式可见光光催化剂。利用一些表征手段确定制备样品的形貌和表面的元素形态以及官能团。以温度为单因素时，确定最佳煅烧温度为550℃，随后通过单因素实验确定掺杂比为1∶5。随后选择染料废水为目标污染物，考察制备的碳氮共掺杂漂浮式TiO2花可见光光催化剂在不同的光照条件、pH、初始浓度、催化剂使用量等变量下的降解效果。最后考察制备的漂浮式可见光光催化剂的循环稳定性和漂浮性，总结降解时的最佳条件。实验结果表明碳氮共掺杂漂浮式TiO2花可见光光催化剂对印染废水有较好的处理效果，且性能较为稳定。
　　最后，研究碳氮共掺杂漂浮式TiO2中空球可见光光催化剂和碳氮共掺杂漂浮式TiO2花可见光光催化剂体系的降解机理和降解动力学。空穴和羟基自由基为催化体系中主要活性物质。碳氮元素的掺杂能够有效的增强催化剂在可见光区域的响应和电子空穴的分离速度，同时轻质材料能够使粉末催化剂漂浮在水面提高光的利用率。

目录

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1．1 研究背景

1．2 半导体TiO2光催化技术

1．3 漂浮式光催化技术

1．3．1 珍珠岩基漂浮型光催化剂

1．3．2 蛭石基漂浮型光催化剂

1．3．3 玻璃微珠基漂浮型光催化剂

1．1．4 软木基质漂浮型光催化剂

1．3．5 石墨基漂浮型光催化剂

1．3．6 高分子聚合物基漂浮型光催化剂

1．3．7 自漂浮光催化剂

1．4 本论文的研究内容

第2章 实验材料与实验方法

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器及设备

2．3 材料表征及方法原理

2．3．1 X-射线衍射(XRD)

2．3．2 拉曼光谱(Raman)

2．3．6 紫外一可见漫反射(UV-Vis)

2．3．7 荧光光谱(FL)

第3章 碳氮掺杂漂浮式二氧化钛球的制备及应用研究

3．1 催化剂的制备及表征

3．1．1 催化剂的制备

3．1．2 晶相分析

3．1．3 表面元素及基团分析

3．1．4 形貌分析

3．1．5 光吸收分析

3．2 制备条件对光催化剂酚类降解的应用研究

3．2．1 煅烧温度的影响

3．2．2 元素掺杂量的影响

3．3 操作条件对制备条件对光催化剂酚类降解的应用研究

3．3．1 光照强度的影响

3．3．2 催化剂用量的影响

3．3．3 初始浓度的影响

3．3．4 初始pH的影响

3．3．5 不同污染物的影晌

3．3．6 循环次数的影响

3．3．7 作用机制研究

3．3．8 漂浮性研究

3．4 本章小结

第4章 碳氮掺杂漂浮式二氧化钛花的制备及应用研究

4．1 催化剂的制备及表征

4．1．1 催化剂的制备

4．1．2 晶相分析

4．1．3 形貌分析

4．1．4 光吸收分析

4．2 制备条件对光催化剂降解染料废水的应用研究

4．2．1 焙烧温度的影响

4．2．2 元素掺杂量的影晌

4．2．3 吸附量的影响

4．3 操作条件对漂浮式可见光光催化剂染料类降解的应用研究

4．3．1 光照强度的影响

4．3．2 催化剂用量的影响

4．3．3 初始浓度的影响

4．3．4 初始pH的影响

4．3．5 不同污染物的影响

4．3．6 循环次数的影响

4．3．7 作用机制研究

4．3．8 漂浮-性研究

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间科研成果

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