新型AgI/AM-TiO2-O和Ta/Al-Fe2O3光催化剂的制备及性能研究

摘要

将能有效利用和转换太阳能的半导体光催化剂应用于污染物降解具有重要的科学价值和深远的现实意义，其技术关键在于研究开发新型可见光响应型催化剂。
　　采用一步沉积-沉淀法制备AgI负载的无定形二氧化钛(AgI/Am-TiO2-O)光催化剂。表面谱学表征结果表明，AgI成功负载在Am-TiO2载体上，AgI为β和γ相的混合。可见光照下，AgI/Am-TiO2-O-N的光电流分别大于AgI/P25-TiO2、AgI/An-TiO2及AgI/Am-TiO2的光电流，且AgI/Am-TiO2-O的电催化氧化能力最强。
　　AgI/Am-TiO2-O-N光催化处理印染废水的结果表明，AgI/Am-TiO2-O-N降解OrgⅡ及RhB的催化活性最高。pH=5.2，催化剂量为2g/L，光强为89.9 mW/cm2，为光催化降解OrgⅡ的最佳条件，降解过程中，活性因子为O2·-和h+。AgI/Am-TiO2-O-N在中性条件下稳定性良好，具有较高的重复使用性。
　　以染料和Cr(Ⅵ)复合污染物为目标，考察AgI/Am-TiO2-O-N及AgI/P25-TiO2同时降解RhB与还原Cr(Ⅵ)的性能。考察pH值对复合污染体系降解性能的影响。结果表明，AgI/Am-TiO2-O-N光催化协同降解RhB与还原Cr(Ⅵ)的效果优于AgI/P25-TiO2。在pH=3-10范围内，RhB/Cr(Ⅵ)能发生一定程度上的降解，说明AgI/Am-TiO2-O-N催化剂可用于共降解不同酸碱条件下的有机及无机污染物。此外，pH值越小，其降解RhB和Cr(Ⅵ)的效率越高，协同效果更为明显。
　　采用简单的涂滴法研制的Ta/Al-Fe2O3光解水产氧催化薄膜，具有较高的光电催化活性及光催化稳定性。可见光照下，Ta/Al-Fe2O3的光电流密度是Al-Fe2O3的15倍，Ta/Al-Fe2O3的光电转化效率(IPCE)值为Al-Fe2O3的2倍。经表面谱学及光电性能表征分析可知，Ta和Al成功掺入Fe2O3中，Ta会改变催化剂表面的Al和O的化学环境;由于Ta的掺入，使材料平带电势正移，氧化水的阳极过电势减小、导电性增加，从而促使Ta/Al-Fe2O3光照条件下电子和空穴能有效分离与转移而提高光电催化活性。
　　以亚甲基蓝(MB)为研究对象，考察Ta/Al-Fe2O3光电催化降解MB废水的效果。结果表明，光电催化共作用的效果优于单纯光作用和电作用的效果。在可见光照下，Ta/Al-Fe2O3降解MB的反应速率约为Al-Fe2O3的2倍。通过改变溶液初始pH值、外加偏压等因素对Ta/Al-Fe2O3薄膜催化性能影响的考察，发现酸性条件下有利于MB降解反应的进行。一定范围内，MB的降解速率随着外加偏压的增加而提高。其降解MB的机理为:催化剂薄膜在可见光的激发下，产生光生空穴与电子。电子转移到导带上，被O2氧化成O2-及H2O2，O2-与H2O2反应生成·OH。·OH与空穴具有强氧化性，从而将MB氧化分解成CO2、H2O等小分子物质。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 难降解废水概述

1．2．1 印染废水

1．2．2 含Cr(Ⅵ)废水

1．3 光催化技术概述

1．3．1 光催化技术

1．3．2 光催化与电催化技术的结合

1．4 可见光响应催化材料的研究现状

1．4．1 钛系催化材料的改性

1．4．2 卤化银的研究觋献

1．4．3 其他可见光响应型光催化材料

1．5 论文研究目的、意义及内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究内容

第二章 AgI／Am-TiO2-O光催化剂的制备、表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 光催化剂的制备

2．2．3 光催化剂的表征

2．2．4 光电化学性能研究

2．3 光催化薄膜的表征结果

2．3．1 XRD分析结果

2．3．2 TEM分析结果

2．3．3 XPS分析结果

2．3．4 UV-Vis DRS分析结果

2．4 光电化学性能研究

2．4．1 时间-电流曲线分析结果

2．4．2 交流阻抗谱分析结果

2．4．3 Mott-Schottky曲线分析结果

2．5 本章小结

第三章 AgI／Am-TiO2-O光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 实验方法与分析方法

3．3 AgI／Am-TiO2-O光催化Org Ⅱ、RhB性能

3．3．1 AgI／Am-TiO2-X的催化性能比较

3．3．2 pH值、催化剂的量、光照强度对AgI／Am-TiO2-10催化性能的影响

3．3．3 AgI／TiO2摩尔比=10％的不同AgI／TiO2催化剂的性能比较

3．3．4 AgI／TiO2摩尔比=10％的不同Agl／TiO2光催化RhB性能

3．3．5 AgI／Am-TiO2-O的稳定性

3．3．6 AgI／Am-TiO2光催化机理讨论

3．4 AgI／Am-TiO2-O协同降解性能

3．4．1 协同降解RhB／Cr(Ⅵ)性能

3．4．2 pH值对协同降解RhB／Cr(Ⅵ)的影响

3．5 本章小结

第四章 Ta／A1-Fe2O3光催化薄膜的制备、表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 光催化薄膜的制备

4．2．3 光催化薄膜的表征

4．2．4 光电化学性能研究

4．3 光催化薄膜的表征结果

4．3．1 XRD分析结果

4．3．2 XPS分析结果

4．3．3 UV-Vis分析结果

4．3．4 SEM与HRTEM分析结果

4．4 光电化学性能研究

4．4．1 线性扫描伏安曲线分析结果

4．4．2 IPCE分析结果

4．4．3 交流阻抗谱分析结果

4．4．4 Mott-Schottky曲线分析结果

4．4．5 稳定性分析结果

4．4．6 机理研究

4．5 本章小结

第五章 Ta／A1-Fe2O3光电催化降解MB研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂与仪器

5．2．2 实验方法与分析方法

5．3 Ta／A1-Fe2O3光电催化降解MB性能

5．4 Ta／A1-Fe2O3光电催化降解MB的因素研究

5．4．1 溶液pH值对催化性能的影响

5．4．2 外加偏压对催化性能的影响

5．5 Ta／A1-Fe2O3光催化薄膜的稳定性

5．6 Ta／A1-Fe2O3光电催化氧化降解MB机理讨论

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表和交流的论文及其它成果

致谢

声明