具有可見光催化活性的二氧化鈦系列催化劑的制備、表征及其光催化性能.pdf

1、近年來,光催化技術在環(huán)境治理、消毒殺菌等方面的應用研究,發(fā)展得異常迅速。利用太陽能,光催化氧化技術可在室溫下將有機污染物氧化成CO2、H2O等簡單的無機物分子,無機污染物也能被氧化或還原為無害物,而且反應條件溫和、設備簡單,具有傳統(tǒng)催化技術及吸附技術無法比擬的優(yōu)勢。其中TiO2因具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、成本低等特點,越來越廣泛地用作光催化劑。但TiO2的能帶隙較寬(3.0～3.2eV),光譜響應范圍窄,光吸收僅限于紫外光區(qū),對太陽能的利

2、用率只有3-5％,難以有效地利用太陽光。因此,通過修飾或摻雜使得二氧化鈦響應長波長的可見光部分,高效利用太陽能來解決環(huán)境和能源問題成為二氧化鈦光催化領域研究的一大熱點。采用不同離子共摻雜或陰、陽離子共摻雜等方法可以進一步擴大TiO2催化劑的光吸收范圍并提高其光催化活性。最近研究發(fā)現(xiàn),具有d0和d10構型的金屬離子,由于它們獨特的電子構型和結構,由這些元素組成的光催化劑具有較好的光催化效果,尤其在可見光催化方面取得了一些進展。本論文利用了

3、d0構型的Ti4+和d10構型的Bi3+,根據(jù)它們自身的特點而制備出摻雜鉍的二氧化鈦系列光催化劑,取得了不錯的效果。在本論文的研究過程中發(fā)現(xiàn),利用不同的合成方法可以得到不同催化活性的共摻雜二氧化鈦,這類物質(zhì)作為新型的光催化劑,其禁帶較窄,太陽光利用率和光催化效率高,且種類眾多,在處理污水、凈化空氣等方面具有廣闊的應用前景。 本論文的研究對象為具有可見光催化活性的二氧化鈦系列光催化劑。主要是利用溶膠-凝膠法、水熱合成法等制備出金屬

4、和非金屬共摻雜的二氧化鈦催化劑,提高了在可見光區(qū)域降解污染物的催化性能。 1.采用溶膠-凝膠法制備了鉍硫共摻雜的二氧化鈦光催化劑。本方法具有操作簡單易行、摻雜離子分布均勻等優(yōu)點。實驗結果表明,鈦酸四丁酯與硫脲的摩爾比為1:4,鉍的摻雜濃度為1.5％,400℃煅燒條件下制備得到的鉍硫共摻雜二氧化鈦的催化活性最佳,在可見光區(qū)域降解靛紅的效果最好。通過各種表征數(shù)據(jù)分析,這種高的光催化活性與氧空位和表面酸中心的存在,以及較大的比表面積有

5、關,但具體的機理還在研究中。 2.繼續(xù)以硫脲為非金屬摻雜劑,Bi(NO3)3.5H2O為金屬摻雜劑,以水熱法合成了共摻雜的二氧化鈦,重點研究了不同鉍摻雜濃度和煅燒溫度對共摻雜催化劑的影響,測試了共摻雜二氧化鈦對不同類型染料的光催化效果。結果顯示：該催化劑在可見光條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能,在較短時間內(nèi)全部降解靛紅溶液,對其它類型的染料也有不錯的降解效果。本論文制備的新型共摻雜的TiO2可見光催化劑相比于其它的同類催化劑,擴大了