Cu/TiO光催化剂的制备及其降解甲基橙的性能研究

摘要

本文以钛酸四正丁酯(TNB)为原料,采用回流脱水和超声辐射两种方法合成了掺铜离子的混晶型TiO<,2>纳米粒子.同时运用热重/差热(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面吸附(BET)、红外(IR)等多种测试手段对Cu<'2+>/TiO<,2>光催化剂的晶型、粒子形貌、比表面积进行了表征.TG/DTA和XRD分析的结果表明未经高温处理的Cu<'2+>/TiO<,2>粉体是锐钛矿和板钛矿的混和晶型.从TEM照片来看,两种方法所合成的纳米晶粒的粒径分别为10~20nm和5~15nm,粒子分散性较好,呈球形,粒度分布均匀.BET测定结果说明两种方法所制备的粉体都有较大的比表面积,分别为120.8355m<'2>/g和117.1479 m<'2>/g.本文通过引入H<,2>O<,2>,一方面解决了甲基橙在TiO<,2>催化剂表面的强吸附,释放了活性位;另一方面作为比O<,2>更强的电子捕获剂提高了光催化剂的活性.此外,本文对混晶效应和过渡金属离子掺杂的影响也作了较详细的探讨,提出了两个值得进一步深究的问题:板钛矿型TiO<,2>的光催化活性以及Ti<'4+>的掺杂.最后,在查阅资料的基础上结合实验结果,提出了两种不同的光催化降解机理:紫外光照射下Cu<'2+>参与的短路循环加速了光生电子和空穴的复合,降低了光催化剂的活性;可见光照射下Cu<'2+>起着电荷传递中继站的作用,促进了注入电子向H<,2>O<,2>的转移,提高了光催化剂的活性.

目录

文摘

英文文摘

引言

第一章Cu2+/TiO2纳米粉体及对比样品的制备

第一节回流脱水法制备Cu2+/TiO2粉体

第二节超声辐射法制备Cu2+/TiO2粉体

第三节TiCl4直接水解法制备金红石型TiO2

第四节Ti(SO4)2中和法制备锐钛矿型TiO2粉体

第二章Cu2+/TiO2光催化剂的表征

第一节热重-差热(TG-DTA)分析

第二节Cu2+/TiO2粉体的X光衍射分析(XRD)

第三节透射电镜分析(TEM)

第四节红外光谱分析(IR)

第五节比表面积的测定

第三章Cu2+/TiO2光催化性能的研究

第一节实验部分

第二节测试结果与讨论

一、空白实验

二、时间对甲基橙降解率的影响

三、光源的影响

四、pH值的影响

五、TiO2晶型的影响

六、H2O2的影响

七、掺杂金属离子的影响

八、甲基橙浓度与催化剂用量的影响

第三节光催化降解过程的吸收光谱分析

第四节光催化降解水体中有机污染物的动力学规律

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢