金属离子与非金属离子掺杂二氧化钛的制备，表征及光催化性能研究

摘要

水环境污染已成为全球普遍关注的重要课题。TiO2 作为光催化剂在处理废水中的有毒有机污染物方面呈现了其它处理方式不能取代的特点而具有广阔的应用前景。但是，严重制约TiO2 光催化应用的一个瓶颈就是激发波长的限制，最经济实用的光催化剂是能利用太阳能中丰富的可见光资源来代替昂贵的人工紫外光。 离子掺杂可使宽的禁带半导体TiO2 具备可见光响应性能。本文采用溶胶-凝胶路径与水热处理相结合的方法制备了阳离子(Bi3+，Fe3+，Cu2+)，阴离子(N3-，PO43-,SCN-)和阴阳离子(Bi3+，SCN-)掺杂的几种TiO2，对所制备的催化剂进行了表征，并对其进行了光催化性能研究,为有效处理废水提供了一条新的途径。主要研究内容如下: 1.对前人未涉足的Bi3+-TiO2和Bi3+,SCN--TiO2 进行了XRD，TEM，FT-IR，XPS,UV-vis DRS和AES等表征。元素分析和TOC 证明了Bi3+-TiO2 与(Bi3+,SCN-)-TiO2分别存在着Ti，O，Bi和Ti，O，Bi，C，N 元素。XRD 结果表明这些掺杂TiO2 均以锐钛矿型为主的,相对于Degussa P25 TiO2,紫外漫反射光谱显示Bi3+-TiO2和Bi3+,SCN--TiO2 带边分别红移了近15nm和30nm。原子吸收光谱表明Bi3+-TiO2和Bi3+,SCN--TiO2中Bi的含量约为1.8％。 2.通过阳离子(Bi3+，Fe3+，Cu2+)，阴离子(N3-，PO43-，SCN-)掺杂和阴阳离子(Bi3+，SCN-)共掺杂的几种TiO2 以及Degussa P25 TiO2 在模拟太阳光照射下来降解不同的有机污染物，以测试其紫外光催化性能,结果显示Bi3+掺杂TiO2(Bi3+-TiO2) 和Bi3+，SCN-共掺杂TiO2(Bi3+,SCN--TiO2)具有较高的UV 光催化活性，并对其光催化活性高于纯TiO2(P25)的原因进行了分析。 3.通过HPLC，UV-vis和气质联用技术检测了Bi 掺杂TiO2和Bi,C,N 掺杂TiO2可见光降解罗丹明B(RhB)反应的中间体和产物，得出了Bi3+-TiO2和Bi3+,SCN--TiO2 在可见光照射下均能使染料污染物降解。不仅如此，Bi3+,SCN--TiO2/NaN3 体系在可见光照射下还能降解对氨基苯甲酸(ABA),邻羟基苯甲酸(SA)小分子有机物，并根据此结果，提出了一个可能的反应机理。