金属W和非金属掺杂的二氧化钛的制备及可见光下降解有机染料的研究

摘要

在环境保护领域中,二氧化钛作为一种熟知的光催化剂被广泛应用于紫外光下污染物的降解,它的禁带宽度为3.2ev,只能吸收占太阳能4％的400nm以下的紫外光。为了解决二氧化钛应用中太阳能利用效率低和光量子利用效率低的技术难题,人们通过金属元素掺杂等手段对TiO2进行改性研究。本文选择了金属离子W掺杂的方法对TiO2粉末进行改性研究,希望掺杂的金属离子可以成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命,并在催化剂表面引入缺陷或改变结晶度,进而改变其光吸收波长范围和改善其光催化剂活性。
　　 本文分别采用了以钛酸四丁酯为钛源的溶胶-凝胶法合成了TiO2及W掺杂的TiO2；以钛酸四丁酯为钛源的紫外法合成了TiO2及W掺杂的TiO2；以钛酸四丁酯为钛源的超声波法合成了TiO2及W掺杂的TiO2；以硫酸钛为钛源的水热法合成了TiO2及W掺杂的TiO2,并利用UV-Vis DRS、XRD等手段对掺杂前后粉末的性能进行了表征。研究了相同条件,不同制备方法之间的粒径尺寸、紫外可见吸收光谱及光催化剂活性等方面的变化规律。以可见光为光源,光催化活性表明:四种方法催化性能比较,溶胶-凝胶法效果做好,而水热法最差。为了研究不同焙烧温度对于光催化剂活性的影响,本文分别采用了溶胶-凝胶法和水热法两种方法进行研究,焙烧温度从不烧到500℃,利用XPS、UV—Vis DRS、XRD、BET等多种手段对不同焙烧温度制备的光催化的各方面性能进行了表征,全面的研究了相同的条件不同焙烧温度之间的晶粒尺寸、比表面积、紫外可见吸收光谱及光催化剂活性等方面的变化规律。溶胶-凝胶法制备的光催化剂随着焙烧温度的升高,光催化剂降解效果越差；水热法制备的光催化剂在500℃下显示良好的降解效果。为了研究与非金属共掺杂的协同效应,本文制备了非金属N、B、P、S、F与金属W共掺杂的TiO2光催化剂,利用XPS、UV-Vis DRS、XRD、BET等多种手段对不同非金属与金属W共掺杂的TiO2光催化剂进行表征。除了P以外,N、B、S、F与W共掺杂的光催化剂活性都要强于单独掺杂W的光催化活性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 二氧化钛光催化剂概况

1.2 二氧化钛光催化剂活性的提高

1.2.1 催化剂活性提高的方法

1.2.2 二氧化钛的制备方法

1.3 二氧化钛光催化原理

1.3.1 紫外光照射下TiO2光催化机理

1.3.2 可见光照射下TiO2光催化机理

1.4 本课题的研究意义及研究内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

参考文献

第二章 不同方法制备的W掺杂的TiO2及其表征

2.1 实验药品仪器

2.1.1 药品

2.1.2 仪器

2.2 不同方法制备的W掺杂的TiO2

2.2.1 实验方法

2.2.2 表征方法

2.2.3 结果与讨论

2.3 四种制备方法的光催化剂活性

2.3.1 光催化实验方法

2.3.2 实验结果与讨论

2.4 小结

第三章 不同焙烧温度的W-TiO2催化剂性能研究

3.1 实验药品仪器

3.1.1 药品

3.1.2 仪器

3.2 溶胶-凝胶法样品的制备

3.2.1 溶胶的制备

3.2.2 TiO2溶胶的制备

3.2.3 W-TiO2溶胶的制备

3.3 溶胶-凝胶法样品的表征

3.3.1 表征方法

3.3.2 结果与讨论

3.4 溶胶-凝胶法制备的不同焙烧温度的光催化剂活性

3.4.1 光催化实验方法

3.4.2 实验结果与讨论

3.5 水热法制备的不同焙烧温度的W-TiO2催化性能的研究

3.5.1 样品的制备

3.5.2 结果与讨论

3.5.3 光催化剂活性比较

3.6 小结

第四章 W与非金属共掺杂的TiO2的性能研究

4.1 实验药品仪器

4.1.1 药品

4.1.2 仪器

4.2 样品的制备

4.2.1 W掺杂的TiO2的制备

4.2.2 W与非金属共掺杂的TiO2的制备

4.3 光催化剂活性的研究

4.3.1 光催化实验方法

4.3.2 实验结果与讨论

4.4 样品的表征

4.4.1 表征方法

4.4.2 结果与讨论

4.5 小结

参考文献

致谢