可见光响应型改性纳米光催化剂的制备及其光催化活性研究

摘要

半导体光催化氧化技术是一种新型的现代水处理技术。由于它能广泛地利用天然能源——太阳能，并具有能耗低、反应条件温和、操作简便、可减少二次污染等突出特点而日益受到重视，具有广阔的应用前景。近年来,半导体光催化诸如TiO2等光催化剂已成为光化学领域及环境保护领域中的研究热点之一，它在废水处理中的应用，已有许多文献报道。 本文简要地概述了半导体光催化技术的原理，影响半导体光催化性能的因素和纳米光催化剂的合成技术，对目前国内外最新的各种光催化剂可见光化研究进行较为详细的综述。 本论文采用金属和非金属元素掺杂的手段将TiO2和BiVO4等光催化剂的禁带宽度降低到可利用可见光范围（400-700nm）的程度,同时催化剂制备工艺较简单，生产成本较低，具有工业化前景。 本文采用直接水解法制备了Ni2+和Cl元素掺杂改性TiO2纳米粒子，采用均匀沉淀法和模版水热法制备Co元素掺杂BiVO4, 这两个系列的改性纳米粒子在可见光下表现出强的光催化活性。 采用热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)分析、透射电子显微镜(TEM)分析、X-射线光电子能谱(XPS)分析及紫外可见(UV-Vis)漫反射光谱等分析测试手段对两个系列的改性半导体纳米粒子进行了表征，重点考察了焙烧温度和制备方法对改性半导体纳米粒子的晶型组成、晶粒尺寸及其活性的影响。此外，以可见光下光催化降解苯酚为模型反应考察了改性纳米粒子的光催化活性。 结果表明： 1.Ni2+和Cl元素的引入降低了无定形相向锐钛矿以及锐钛矿向金红石相的转变温度。300℃焙烧的掺杂改性TiO2吸收波长拓展到可见光区。苯酚降解实验表明，300℃焙烧的氯掺杂TiO2在大于400 nm的可见光照射下具有最佳的光催化活性，120min时苯酚的降解率达到42.5％。 2.实验表明，在可见光照射下，300℃焙烧的Co掺杂BiVO4具有最高的光催化活性，120min时的苯酚的去除率达到75％。