可见光响应型光催化剂的制备及应用

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1、山东轻丁业学院硕士学位论文摘要随着工业的迅速发展，环境污染和能源危机问题变得日益严重。传统治理污染的方法普遍具有耗资大、彻底降解有机物较困难等缺点，因此从保护环境和节约能源的角度考虑，利用Ti02光降解技术对污水进行处理的研究越来越得到人们的关注。但是Ti02的禁带宽度为3．2eV，因此Ti02只能利用紫外光m<387nm)进行激发，而紫外光在太阳光中只占了不到4％，而要使光催化技术能应用于工业废水处理必须利用太阳光，因此研究可见光响应型纳米Ti02光催化剂就成了人们关注的焦点。本文在总结纳米Ti02的可见光改性研究的基础上，重点进行了以下几

2、个方面的研究。1．为了拓展Ti02的光响应范围并提高其光催化活性，用Sol—Gel法分别制备了镧、镧氮和镧氮铁掺杂的纳米Ti02样品。研究发现，与纯的Ti02相比，镧掺杂Ti02样品的禁带宽度随着掺杂浓度的增大而减小，本文从原子轨道的角度对这一现象进行了解释。同时还发现所有的掺杂样品的吸收边都有不同程度的“红移”，并且镧氮铁共掺杂样品的“红移’’量最大。通过可见光下降解硝基苯对样品的光降解活性进行了研究，发现纯的Ti02样品5小时的光降解率只有17．5％，而镧氮铁共掺杂样品则可达70％，这说明掺杂样品具有显著的可见光光降解活性。2．首先用S0

3、1．Gel燃烧法制备出三种不同的上转换发光材料Er3+／NaYF4、ErH／Y3A15012君lEr3+／Cao．9Yo．1F2．1，然后用浸渍法制备上转换发光材料复合的纳米Ti02光催化剂。可见光下进行了掺杂样品降解亚甲基兰的研究，结果表明复合样品对亚甲基兰COD的去除率明显高于纯Ti02，特别是用E，／Cao．9Yo．1F2．1做复合剂时，可见光下5小时去除率达到70％以上，大约是纯Ti02的两倍。通过降解亚甲基兰对光降解的机理进行了研究，结果表明在该催化系统中存在光生空穴氧化和羟基自由基氧化两种机理，用掺杂物质做催化剂时，该降解系统在可

4、见光下遵循的是混合型氧化机理，但是空穴氧化占主要部分。3．用浸渍法制备了氮掺杂纳米Ti02光催化剂并在太阳光下利用该催化剂对养殖氨氮废水进行催化降解。结果表明经过5个小时的照射，该样品对氨氮废水中氨氮的降解率达到86．7％，这说明该样品在养殖用氨氮废水处理方面有较好的应用前景。用溶胶．凝胶燃烧法制备了具有高吸附性能的CaAl204，并利用溶胶．凝胶法制备出CaAl204负载型的氮掺杂Ti02纳米光催化剂。太阳光下分别对Ti02、氮掺杂Ti02和负载Ti02样品进行了降解造纸废水的研究，结果发现负载样品的光降解活性明显优于其它两种样品，这说明C

5、aAl204的吸附性起了关键作用。摘要综上所述，本文通过用不同方法对Ti02进行改性，并在改性过程中的离子掺杂机理，光催化降解机理等方面获得了比较有意义的成果，具有一定创新性，在一定程度上为可见光响应型纳米Ti02的进一步研究和应用奠定了基础。关键词：Ti02；掺杂；可见光：纳米；光降解II山东轻工业学院硕士学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofindustry，energycrisisandenvironmentpollutionbecomemoreandmoreserious．Thetreatmento

6、forganicwastewaterbyconventionalmethodshasdrawbackduetoexpensiveanddifficulties．Fromtheviewpointofprotectingenvironmentandsavingenergy，manyresearchesfocusedonthephotocatalyticprocessofwatertreatmentusingtitaniumdioxide(Ti02)havebeendeveloped，buttheenergygapofpureanataseTi02

7、isabout3．2eV，onlyultravioletlightn<387nln，about4％ofthesolarlight)CanbeabsorbedbypureanataseTi02．ItisofinteresttofindTi02-basedphotocatalystswhicharesensitivetovisiblelight．Inthispaper，onthefoundationofthesummarizingthedevelopmentofthemodificationofTi02photocatalyst，thefollo

8、wingaspectsweremainlystudied．1．Inordertoextendtherangeofphoto-responsespectrumofTi