碘掺杂与碘氮共掺杂TiO的制备及其可见光催化活性研究

摘要

可见光催化技术是综合利用太阳能的关键，因而引起了广泛的关注。TiO<,2>具有稳定性好、光效率高、价格相对便宜和不产生二次污染等特点，被认为是最有应用前景的光催化剂，但是激发波长的限制是严重制约其应用的一个瓶颈，TiO<,2>只在紫外光的激发下才能显示光催化活性，而紫外光仅占太阳能总量的4％，可见光约为45％。如何改性使其响应可见光，高效的利用太阳能，已经成为TiO<,2>光催化技术在环境保护领域中的应用的热点问题。 第一部分用溶胶凝胶法制备碘掺杂TiO<,2>纳米粉体，利用XRD、UV-vis、Raman、BET、TG-DTA、XPS以及电化学等技术对材料进行了表征，并且在可见光下降解甲基橙检验其光催化活性。实验结果表明，溶胶凝胶法制备碘掺杂TiO<,2>纳米粉体相对纯TiO<,2>有可观的可见光催化活性，通过对此系列催化剂的晶相结构、光学特征、表面形貌以及光催化活性分析，认为在此反应体系中，表面氧空位是影响光催化活性的关键。 第二部分，以钛酸四正丁酯直接沉淀于碘酸溶液并与尿素煅烧制备得到一系列的碘氮共掺杂可见光化的TiO<,2>光催化剂，利用XRD、Raman、IR、XPS、UV-vis以及电化学等技术对催化剂进行了表征。考察了碘掺杂量、反应光照时间对可见光化催化降解含阿奇霉素(一种大环内脂类抗生素)制药废水的影响。实验表明：碘氮共掺杂TiO<,2>光催化剂的禁带宽度减少，对可见光的吸收增强，比在同样条件下制备的单独碘掺杂TiO<,2>与氮掺杂TiO<,2>表现出更好的可见光响应特征。此系列催化剂在可见光降解含阿奇霉素制药废水的实验中表现出了良好的可见光活性，其中INT350在可见光下降解12个小时，含阿奇霉素制药废水COD的移除率达到了57％。此系列的催化剂表现出很强的光催化活性可能归功于碘氮共掺杂引起的协同效应，共掺杂后氮元素掺杂入氧晶格，表面羟基、表面氧空位的增加，混晶效应的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1前言

1.2光催化氧化机理

1.3掺杂改性TiO2型的研究现状

1.3.1掺杂改性TiO2响应可见光机理

1.3.2阳离子掺杂改性TiO2研究现状

1.3.3非金属掺杂改性TiO2研究现状

1.3.4非金属共掺杂改性TiO2研究现状

1.4 TiO2降解有机废水的研究现状

1.4.1 TiO2光催化降解制药废水的应用

1.4.2 TiO2在处理染料废水中的应用

1.4.3 TiO2光催化降解农业有机废水的应用

1.4.4 TiO2光催化剂在降解造纸废水中的应用

1.5光催化氧化技术处理制药废水的意义

1.6本课题选题意义及依据

第2章 实验材料及光催化反应装置测定方法

2.1实验所用药品及仪器

2.2催化材料表征技术及表征方法

2.2.1催化材料表征技术

2.2.2催化剂表征方法与测试手段

2.3实验装置

2.4 COD的测定

2.4.1消解液(重铬酸钾标准溶液)的配制

2.4.2硫酸亚铁铵标准液的制备

2.4.3催化剂(硫酸银-硫酸溶液)配制

2.4.4亚铁灵指示剂的制备

2.4.5测试步骤

2.4.6 COD的计算

2.5本章小结

第3章 碘掺杂TiO2的表征及其可见光催化活性研究

3.1引言

3.2催化剂材料的制备

3.3催化剂表征结果与讨论

3.3.1 TG-DTA分析

3.3.2 FT-IR分析

3.3.3 Raman光谱分析

3.3.4 XRD分析

3.3.5 UV-Vis分析

3.3.6 XPS分析

3.3.7光电化学性能测试

3.4可见光催化反应测试结果与讨论

3.4.1焙烧温度对催化活性的影响

3.4.2碘掺杂量对光催化活性的影响

3.5本章小结

第4章 碘氮共掺杂TiO2的表征及其可见光催化活性研究

4.1引言

4.2碘掺杂TiO2的制备及其光催化活性研究

4.2.1催化剂材料的制备

4.2.2催化剂表征结果与讨论

4.3碘氮共掺杂

4.3.1催化剂材料的制备

4.3.2催化剂表征结果与讨论

4.3.3光电化学性能测试

4.3.4光催化含阿奇霉素制药废水的研究

4.4本章小结

第5章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录