竹炭负载氟掺杂纳米氧化钛开题报告材料.doc

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1、长沙学院本科毕业论文开题报告（2012届）系　　　　部：生物工程与环境科学系专业：应用化学学生姓名：东旭班级：2班学号2008051201指导教师：方志薇职称副教授2012年2月29日题目：竹炭负载氟掺杂纳米TiO2光催化剂的研究1.结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。一、背景在21世纪，科学技术发展在造福人类的同时，人们滥用科技导致“全球问题”日益引起人们的关注。其中环境问题中的水污染问题十分严重，大量的无机、有机污染物进入水体，不仅破坏水生生态系统，而且危害人体健康，造成水质性缺水使人们工农业生产、生活受到影响。因此，控制水体污染，保护水资源，

2、是环境保护工作的重要任务，开发一种新型的废水处理研究方法是人类现阶段迫切需要的。目前对于利用太阳能进行废水处理的研究，对于保护环境，实现可持续发展具有重要的现实意义。光催化降解水中有机污染物是一项新兴的水处理技术。近年来，光催化技术被广泛用于空气净化、废水处理、化学防护等方面。这项新的多相光催化污染治理技术因其能耗低，工艺简单，反应条件温和，可减少二次污染等特点，在环境保护中日益受到人们的重视。纳米TiO2能有效地将废水中的有机物降解为C02、H20、P043-、N03-、卤素等无机小分子，达到安全无机化的目的，化工废水、农药废水、表面活性剂、氟里昂、含油废水等都可以被纳米TiO2

3、所氧化降解。TiO2是一种重要的无机功能材料，具有优异的光学特性、光催化活性、热导性能和化学稳定性等物理化学特性，广泛应用于催化剂、太阳能转换、传感器、分解水制氢、介电材料、聚合物填料等。随着人们对TiO2研究的不断深入，其应用也得到广泛拓展。但由于粉末状的纳米TiO2颗粒细微，水溶液中易于凝聚，不易沉降，催化剂难以回收，活性成分损失大，不利于催化剂的再生和再利用，而通过TiO2光催化剂的负载，则既可以解决其分离回收难的问题，又能克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒的缺点，是促进其广泛应用的有效途径。另一方面，由于TiO2禁带宽度Eg较大：锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV，这分

4、别相当于387.5nm和414nm波长光的能量。二、纳米TiO2光催化机理[1]TiO2的带隙能为3.0eV～3.2eV，等同于波长为387.5nm光的能量。在水和空气体系中，当能量超过氧化钛禁带宽度的光子照TiO2表面时，处于价带的电子会被激发到导带上，从而分别在价带和导带上产生活性较高的自由移动的光生电子(e)和空穴(h+)，达到纳米级分散的氧化钛，光激发产生的电子、空穴能够很快从体跃迁到表面。空穴是强氧化剂，可以将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化·OH；而导带电子则是强还原剂，被吸附在TiO2表面的溶解氧形成·O2-；部分O2-可继续通过链式反应生成·OH。其反应如下所

5、示：生成的·O2-和·OH具有较强的氧化性，可攻击有机物的不饱和键，或抽取H原子产生新的自由基,激发链式反应,对它们进行矿化氧化，最终致使污染物降解为无害的的H2O和CO2。三、TiO2改性研究近年来，TiO2因其出色的光催化性和亲水性以及化学性质稳定，无毒，价格低廉等优点而在光催化领域显示出巨大的应用前景。目前，TiO2薄膜的制备方法包括：溶胶-凝胶法[2]，磁控溅射法[3]，化学气相沉积[4]，喷雾分解法[5]等。制备的TiO2薄膜光催化活性较低，限制了TiO2的实际应用特别是在自清洁玻璃上的应用。由于TiO2光催化剂本身的一些缺陷，如光生电子和空穴易复合、可见光利用效率低等，

6、一直制约着其光催化活性的进一步提高。为此，人们在提高TiO2的光催化活性和扩大其光谱响应围等方面作了大量的工作。主要途径包括：半导体耦合、阳离子掺杂、表面超强酸化、阴离子掺杂、有机染料光敏化、贵金属表面沉积等。因此，提高TiO2薄膜的光催化活性成为当今的研究热点。2001年，Asahi等[6]报道了N掺杂TiO2因具备较低的禁带宽度，在可见光区域显示出了光催化活性，有效地提高了其光催化性能。此后，许多研究者通过在TiO2中掺杂非金属元素，如：N[7]，I[8]等将TiO2的光学吸收边移至可见光区域，提高其光催化性能。同时，有报道称F掺杂TiO2具备表面氧空穴，具有可见光响应光催化活

7、性[9]，比普通的TiO2具备更佳的光催化性能。目前，F掺杂TiO2的制备方法包括溶胶–凝胶法[10]、离子注入法[11]、喷雾热解法[9,12]、水热法[13]等。常压热分解化学气相沉积(APCVD)[3]法设备简单，成本低，样品制备快，成膜率高，可以满足高品质、大面积的TiO2镀膜玻璃生产的需要[14]。秀华等[15]以竹炭为载体，钛酸四正丁酯为钛源，通过溶胶—凝胶法制备纳米TiO2复合材料，研究F/TiO2对罗丹明B液的暗室吸附规律和光降解性能。溶液的pH对F/