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文檔簡介

近年大量研22O光催化氧化技術在治理環境污染、水污染等方面是一種友好的新技術12]。與其它處理技術相比,半導體非均相光催化具有速度快、反應條件溫和、無選擇性、ni2、ZnZnSCdW3225i236i23.2eV,僅在被波長小于387.5nm387.5nm的紫外光僅占到地球表面光中的3%5%,因此對1TiO2納米光催化劑在光催化技術的工業化應用[7-8]。因此,如何提高TiO2對光的利用率、光催化活性、光TiO2光催化工業化應用急需解決的問題。見漫反射光譜(DRS)等對產物進行分析表征;利用SGY-Ⅰ型多功能光反應儀進行光降解目標產物B的實驗,評價改性后TiO2的光催化活性。通過分析TiO2光催化活性,找出適宜的反應條件以及反應物組成制得高TiO2催化劑,使其能夠在可見光照射條件下具有更高活性。納米TiO2,1-1(pH=1時。由于TiO2-理論,Ti的3d軌道為兩組:能量較高的eg(dz2,dx2-y2)軌道和能量較低TiegO2pTit2g軌道構成。TiO2的能1-2。,1-1pH1時不同半導體的帶隙及導帶和價帶的能級圖1-2體,其能帶是不連續的。TiO2能帶結構,一般由填滿電子的低能價帶(valence(Eg與帶隙Eg有關,其關系式見1-1。nm

(1-Eg eVEgTiO21-3圖1- TiO2387nm的時,其(h+至半導體表面形成了具有高度活性的光生電子-空穴(如1-2所示

eh

(1-H2、OH-、O2、H2O或有機物等發生氧化還原反應。在光催化半導體中,一般與表面吸附的H2OOH-離子反應形成具有強氧化性的羥基CO2H2OTiO2+hv→TiO2+e-+(1he–→(2H2O+h+→·OH+(3OH-+h+(4O2+e-→O2-(5O2-+H+(62·HO2→H2O2+(7H2O2+O2-·→·OH+O2+(8H2O2+hv→(9Organ(有機物)+(O2-,·OHCO2(10Mn+(金屬離子)+ne-→M(金屬原子 (11TiO2表面,去吸附其表面的物質,發生TiO2的內部或表面發生復合,從而失去作用。最后TiO2表面轉移吸附其表面的物質,將其還原或氧化。XRDXRDX射線衍射,分析其衍射圖譜,獲得材料的成分、材料內部原可以根據Scherrer來計算晶粒尺寸:DKK是一個無量綱常數,θ是衍射角,λ是X衍射線的波長,β是衍射峰的半峰寬強了XZhangBanfield[9]11nm時銳鈦礦晶相是熱力學穩定的;板鈦礦晶相在11nm到35nm之間是穩定的;晶相在35nm情況下是穩定。TiO2等光催化劑氧化技術是近幾十年來興起的,并在環境污染控制與治理TiO2光催化劑中與電子-空穴對遷移相競爭的是電-空λgEg的關系式:(nm)

Eg (eVEg得TiO2光催化所需入射光最大波長為387nm,只能利用占能頻譜范圍TiO2在進行光催化反應時為了與被降解物充分接觸,往往與處理廢水組納米TiO2光催化劑的方法影響催化劑的尺寸、形貌、表面與結構性質、光吸收性質等,導致光催化活性也大大不同。TiO2納米顆粒的方法一般分為化學法和物理法。(1)(2)(3)(4)(5)在納米TiO2時可以很好地摻雜其它元素。其反應包括水解與縮聚兩個步驟。根據使用的前驅體不同,可以將其分為金屬醇鹽和無機金屬鹽兩大類。納米TiO2的一般是膠,然后進行干燥燒結。利用溶膠-凝膠法超細摻雜TiO2主要步驟如下:TiO2溶膠。TiO2粉體。粉體過同樣也有缺點。在溶膠-凝膠法納米TiO2粉體過一般需要以有制得強調的是,傳統溶膠-統的溶膠-凝膠法的基礎上進行改進,即超聲輔助溶膠-凝膠法,它可以更好的是顆粒分散,增大與底物的接觸面積,從而增強其光催化活性。氣相沉積法通常用來涂層和改變各種基板的機械性能、電性能、光學性能、熱性能、(PV)和化學氣相沉積(CV)。化學氣相沉積通常需要一個真空的環境中,如果這個過沒有CVD30nm10nmTTIP50-100nm0.5-2mTTIPW-o基層上CD(MOVD)法進行合成。物理氣相沉積法是指材料在反應器中首先變0.5mm300torr850°CAAM作為模板就得到二氧化鈦的納米線。TiO2沉積下來,得到納米氧化鈦粉體。此方法制TiO2浸漬含有金屬離子的鹽溶液中,往其中滴加堿溶液,將摻雜的金屬離子TiO2TiO2晶格中。這種方法工藝簡單、成本低禁帶寬度是3.2eV,型的禁帶寬度為3.0eV,因此銳鈦礦型二氧化鈦的表面活性中作用,促使電子-空穴發生有效分離,減少電子-化反應中的活性位。這些缺陷的存在對TiO2的光催化性能起著重要的作用。有缺陷點的TiO2晶粒尺寸的大小影響著光生載流子(e-/h+)TiO21-10nm時,存在著明顯的量子尺寸效應。納米TiO2的較強的量子尺寸效應,導致其具有較高Kuboδd有如下關系

V1d

(1-TiO2TiO2納米尺寸效應對其光催化活性的影響起TiO2晶粒的量子尺寸效應,也存在不同的看法。WangTiO2的催化活性。但是,比表面積越大也意味著催化劑表面的電子-Shiraishi等[17]TiO2TiO2TiO2具有更(·OH而羥基自由基(·OH)是降解有機物的強氧化劑。另外,·OH在介孔中的擴散范圍比介孔1.3-2.4nm,這樣抑制·OH從介孔孔道的游離能力,從而使得.OH在納米TiO2過,反應的溫度影響晶粒的平均粒徑,進而影響與底物的接觸面Han等[18]TiO2的光800nmTiO2有利ReactionReactionr=kI0Light1-4TiO2TiO2光催化活性的一個重要因素。不同波長的光能量是不同的,所以選擇光源比較靈活如高壓燈中壓燈低壓燈紫外燈等波長一般都在250-400nmUV燈光強越強,產生的光子越多。半導體吸收的光能提供能量來克服-TiO2光催化反應速率與光照強度的關系如圖1-4,由圖可以看出隨著光照強度不斷增強,光催化反應速率首先與光照強度0。TiO2具有光催化劑效應。又稱“本多-藤島效應”1972FujishimaA等[19]nTiO2化成電能和化學能成為最熱門的研究之一。同時,TiO2的光催化性能也得到了廣泛研究。、CO2H2O等無機小分子物置對降解的影響,進一步揭示分子的光催化降解機理。Iliev等[21]研究了TiO2光酸鈉在光的照射下催化降解為CO2、SO42-、H2O等。等[22]在研究了TiO2降解廢水的效果,結果表明印染廢水在·OH及·OOH進攻后,可將有機物分解為羥基取代物或過氧化、1.5.2..空氣凈化效率的提高,達到凈化空氣的目的。Ao等[24]研究了TiO2對氣體的光催化降解作用,研究表明TiO2能夠降解,從而降低的濃度。1.5,3近年來,以TiO2光催化劑納米材料作為抗菌材料一直是研究應用的熱點。研究表明TiO2抗菌材料具有光譜抗菌性,它可殺除大腸桿菌、葡萄球菌、綠膿菌、霉菌、化膿菌、沙門氏菌和曲菌等200多種細菌,其殺毒率高達99.%%。TiO2光催化劑殺菌、抗菌的C、H、O、N、PH分別TiO2能產生具有高活性的超氧負離子自由基(·O2-)和羥基自由(·OH失活,從而有效地殺滅細菌并抑制細菌分解而產生的臭味物質(H2S、NH3、硫醇等。實驗發現,TiO2納米顆粒越小,滅菌效果越好,其光催化滅菌作用可以在光照結束后一段.1.5.4.能利,以將能直接轉化為電能。目前敏化納米晶TiO2能電池的光電轉換效率在特10%以上。,Tab.2-1Chemicalreagentsusedinthe萊陽市化B國藥化2-2-Tab.2-2InstrumentsusedintheCL-20.4510mL的鈦酸丁酯倒入塑料燒杯,加入磁子后將燒杯放在磁力攪拌器上,調3.2mLHF20mL12(懸浮液18024250mL燒杯,用超純2次。60調整樣品步驟中的HF的用量,以0.5mL為單位變化,一系列樣品調整樣品步驟中的冰乙酸的用量,以2mL為單位變化,一系列樣品調整樣品步驟中的時間,以12h為單位變化,一系列樣冰乙酸反應時間否否否否否否否否否否否否否否否否否3.2+20+24+是3.2+22+24+是4.2+20+24+是3.2+20+36+是3.2+20+48+是SEMDRS分析其表面形貌及禁帶寬度和發生紅移的情況。XRDD

(2-D表示晶粒尺寸,K為形狀因子(0.90),λX射線波長(1.541872θ角處的半峰寬,θ掃描電鏡30kV圍為200nm-800nm,掃描速度為5nm/min。在UV-visDRS測量中,用紫外-可見分光光度計與電腦相聯可以直接測出樣本實驗選取B溶液為目標降解物。依據如下:首先由于B的呈現良好的線性關系,符合-比耳定律;且B是人工合成的,而廢水是我國目前幾種難治理的行業性廢水之一因此選擇B溶液來模擬

圖2-1B的結構Fig.2-1StructuralformulaofRhodamine. 儲備液:稱取0.02395g的固體B,放入燒杯中溶解,然后移入50mL的容量瓶中,少量蒸餾水潤洗燒杯三次,將潤洗液倒入容量瓶中,定容。.10-5mol/L的B溶液。c. 350W的氙燈作為照射光源,以B溶液為目標降解物。首先準確稱0.2000g的一系列樣品--Bi2WO6光催化劑,加入到裝有200mL濃度為10-5mol/L的B溶液的石英光催化反應器(如圖2-2)中,避光磁力攪拌30min,使催化劑顆粒與B溶液之間達到吸附-脫附平衡先用注射器抽取00.45μm553nm處測定濾液的吸光度。(通過紫外-可見分光光度計在紫外和可見光區域對B溶液進行全553nm。并在最大波長處測定不同樣品在不同2-2Fig.2-2Thereactorofphotocatalytic圖-的標準工作曲Fig.2-3TheworkingcurveofRhBconcentrationand利用吸光度與濃度的標準工作曲線(圖2-3),由吸光度A計算出B的濃度C。光催化活性以B溶液的降解率表示:C0

(2-其中C0為B溶液的初始濃度(已扣除暗態吸附),C為B溶液光催化反應本實驗是把B溶液作為目標降解產物,的各種TiO2粉末作為光催化劑,3-1TiO2XRDFig.3-1X-raydiffractionspectraofapartofTiO2Tab.3-1ParticlesizeofphotocatalystTiO2obtainedunderdifferentconditions(1)通過-射線衍射(XR),對照標準譜圖,發現所有樣品的衍射峰都出現了銳鈦礦型特征衍射峰,本

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