非金属碘和稀土元素铈掺杂二氧化钛的制备及其光催化活性的研究

摘要

TiO2光催化技术由于其具有无毒、反应条件温和、选择性好等优点,在难降解污染物的处理方面受到了广泛的重视。但由于TiO2具有较大的禁带宽度(Eg=3.2eV),只能被波长小于387nm的紫外光激发,且光生电子-空穴容易复合,限制了其在光催化领域的广泛应用。为了提高TiO2光催化剂在可见光区的催化效率,本文制备了一系列的Ⅰ-TiO2、Ⅰ-TiO2／Bentonite、Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite光催化剂,通过XRD、XPS、FT-IR、UV-Vis DRS手段来表征这些催化剂,并通过对染料酸性桃红(SRB)的降解来研究其光催化活性。实验结果表明：
　　 ⑴用水热法制备了一系列的不同碘离子掺杂量的Ⅰ-TiO2和I-TiO2／Bentonite及纯TiO2和纯TiO2／Bentonite光催化剂。Ti:Ⅰ=1:1在紫外和可见光下其催化活性都很低。其他催化剂在紫外光下的活性很高,在可见光下也都有一定的活性。对于Ⅰ-TiO2光催化剂,在可见光下Ti:Ⅰ=6:1的光催化活性最好,比纯TiO2的好。对于Ⅰ-TiO2／Bentonite光催化剂,在可见光下纯TiO2／Bentonite对染料SRB的降解效果最好,这是由于其对染料有好的吸附性。
　　 ⑵用水热法和溶胶-凝胶法制备了一系列的不同碘铈离子掺杂量的Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite光催化剂。在可见光下降解染料SRB的结果表明,对于水热法制备的催化剂,Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite的光催化活性最好的是Ti:Ⅰ:Ce=7:1:1和Ti:Ⅰ:Ce=5:1:1；对于溶胶-凝胶法制备的催化剂,Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite的光催化活性最好的是Ti:Ⅰ:Ce=100:1:1和Ti:Ⅰ:Ce=100:3:3。对于用水热法制备的Ⅰ-TiO2、Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2对染料SRB的降解效果比较,得出Ⅰ-TiO2>Ⅰ-Ce-TiO2>Ce-TiO2。
　　 ⑶为了研究不同煅烧温度对于光催化剂活性的影响,本论文用水热法制备了Ti:Ⅰ:Ce=7:1:1的Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite光催化剂在不同温度下煅烧,煅烧温度从300℃到700℃。结果表明在可见光下随着煅烧温度增加,Ⅰ-Ce-TiO2和Ⅰ-Ce-TiO2／Bentonite催化剂的光催化活性会降低。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 二氧化钛光催化原理

1.2.1 二氧化钛的能带结构

1.2.2 二氧化钛光催化过程

1.3 二氧化钛光催化剂的制备

1.3.1 溶胶-凝胶法

1.3.2 水热合成法

1.3.3 共沉淀法

1.3.4 中和水解法

1.3.5 微乳法

1.3.6 浸渍法

1.4 影响二氧化钛光催化活性的因素

1.4.1 催化剂晶体结构和表面性质的影响

1.4.2 外在条件的影响

1.5 提高二氧化钛光催化活性的常用方法

1.5.1 TiO2表面光敏化

1.5.2 贵金属在TiO2表面的沉积

1.5.3 半导体复合

1.5.4 掺杂改性

1.6 掺杂对TiO2光催化性能的影响

1.7 TiO2光催化剂的应用

1.7.1 在污水处理中的应用

1.7.2 在空气净化中的应用

1.7.3 在保洁除菌中的应用

1.8 选题意义及研究内容

参考文献

第二章 碘离子掺杂二氧化钛光催化剂的水热法制备及其光催化性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品

2.2.2 仪器

2.2.3 实验内容

2.3 结果与讨论

2.3.1 XRD分析

2.3.2 紫外可见漫反射分析

2.3.3 红外分析

2.3.4 对染料酸性桃红(SRB)的降解研究

2.4 结论

第三章 碘离子和铈离子双掺杂二氧化钛光催化剂的制备及其光催化活性的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验药品

3.2.2 仪器

3.2.3 催化剂的制备

3.2.4 光催化活性测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 XRD分析

3.3.2 XPS分析

3.3.3 紫外可见漫反射分析

3.3.4 可见光下对染料酸性桃红(SRB)的降解研究

3.4 结论

第四章 煅烧温度对水热法合成的I-Ce-TiO2光催化活性影响的研究

4.1 引言

4.2 催化剂的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 XRD分析

4.3.2 XPS分析

4.3.3 紫外可见漫反射分析

4.3.4 红外吸收光谱分析

4.3.5 在可见光下对染料酸性桃红(SRB)的降解研究

4.4 结论

参考文献

致谢