TiO2基光催化劑的制備與污染物降解的研究.pdf

1、納米TiO2的光催化活性好，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的光催化劑，在降解有機(jī)污染物中有較廣的應(yīng)用。然而，TiO2的禁帶太寬，以至于它的光催化活性?xún)H局限于紫外光區(qū)，限制了它在太陽(yáng)光下的應(yīng)用。為了解決這個(gè)缺陷，科學(xué)家們進(jìn)行了許多研究，旨在將TiO2的光響應(yīng)從紫外光區(qū)轉(zhuǎn)移至可見(jiàn)光區(qū)，從而提高TiO2在可見(jiàn)光下的光催化活性。因此，通過(guò)對(duì)TiO2納米粒子進(jìn)行合理的改性和修飾，進(jìn)一步提高其光催化活性，使TiO2納米粒子能夠被實(shí)際推廣應(yīng)用。金屬離子摻雜是改

2、善TiO2光催化活性的一種有效方法，可阻止光生電子和空穴發(fā)生簡(jiǎn)單復(fù)合，能夠有效提高TiO2納米粒子的光催化反應(yīng)效率。為此，制備了Fe3+摻雜、Fe3+、Al3+共摻雜、Ni2+摻雜TiO2納米粒子，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)表征和光催化性能的研究。另外，增強(qiáng)TiO2納米粒子對(duì)目標(biāo)物的吸附是提高選擇性光催化效果的關(guān)鍵。分子印跡聚合物對(duì)目標(biāo)分子具有特異選擇性。所以，通過(guò)分子印跡技術(shù)制備TiO2納米粒子，以期提高TiO2選擇性吸附和光催化降解目標(biāo)污染物的

3、能力。本論文圍繞以上內(nèi)容，主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 (1)煅燒溫度、煅燒時(shí)間和Fe3+摻雜量對(duì)TiO2光催化性能的影響。以鈦酸四正丁酯為先驅(qū)物，采用溶膠-凝膠法制備純TiO2和Fe3+摻雜的納米TiO2(Fe3+/TiO2)光催化劑，并用XRD、UV-Vis等手段進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究煅燒溫度、煅燒時(shí)間和Fe3+摻雜量對(duì)催化劑在太陽(yáng)光下光催化降解甲基橙性能的影響。制備純TiO2和Fe3+/TiO2的最佳煅燒時(shí)間分別為4h

4、和3h，最佳煅燒溫度均為773 K。Fe3+的適量摻入可以顯著提高納米TiO2在太陽(yáng)光下的光催化降解活性，F(xiàn)e3+/TiO2中Fe3+的最佳摻雜量為1.0 mol％，相應(yīng)的脫色效率為28.37％。
　　 (2)Fe3+/Al3+-TiO2復(fù)合光催化劑的制備及其光催化性能研究。以鈦酸四正丁酯為先驅(qū)物，采用溶膠-凝膠法制備鐵鋁共摻雜的納米TiO2(Fe3+/Al3+-TiO2)光催化劑，并用XRD、UV-Vis等手段進(jìn)行表征，系統(tǒng)研

5、究煅燒溫度、H2O2和鹽對(duì)Fe3+/Al3+-TiO2光催化劑在太陽(yáng)光下光催化降解甲基橙性能的影響。結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的提高，F(xiàn)e3+/Al3+-TiO2光催化降解甲基橙的效果也隨之提高。H2O2可以提高Fe3+/Al3+-TiO2光催化降解甲基橙的能力，而HCO3-和NO2-使Fe3+/Al3+-TiO2的光催化活性有所降低。
　　 (3)Ni2+摻雜銳鈦礦TiO2/CoFe2O4復(fù)合光催化劑在太陽(yáng)光下光催化降解甲基橙。采

6、用超聲法制備核-殼結(jié)構(gòu)的Ni2+摻雜銳鈦礦TiO2/CoFe2O4復(fù)合光催化劑(Ni2+-TiO2/CoFe2O4)，通過(guò)共沉淀法合成磁核CoFe2O4，采用超聲誘導(dǎo)硫酸鎳溶液中鈦酸四正丁酯水解制備N(xiāo)i2+摻雜銳鈦礦TiO2活性殼。Ni2+-TiO2/CoFe2O4具有磁響應(yīng)性。Ni2+-TiO2/CoFe2O4的光催化活性由太陽(yáng)光下降解甲基橙的效果來(lái)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，Ni2+摻雜濃度和煅燒溫度對(duì)Ni2+-TiO2/CoFe2O4的光催化

7、活性有影響，Ni2+摻雜有效改善Ni2+-TiO2/CoFe2O4的光催化活性，其最佳摻雜濃度為1.5mol％。1.5 mol％ Ni2+-TiO2/CoFe2O4的光催化活性是未摻雜TiO2/CoFe2O4的四倍，而且，H2O2輔助Ni2+-TiO2/CoFe2O4光催化降解是去除染料廢水的有效途徑。
　　 (4)表面分子印跡技術(shù)制備導(dǎo)電聚吡咯/TiO2納米復(fù)合光催化劑(MIP-PPy/TiO2)及其在模擬太陽(yáng)光下的光催化活性

8、。以甲基橙為模板分子，采用表面分子印跡技術(shù)制備導(dǎo)電聚吡咯/TiO2納米復(fù)合光催化劑，樣品用SEM、XRD、BET和UV-Vis等手段進(jìn)行表征。與原位合成的導(dǎo)電聚吡咯/TiO2納米復(fù)合光催化劑(Control-PPy/TiO2)相比，MIP-PPy/TiO2的吸收邊帶紅移了10nm，表明MIP-PPy/TiO2的禁帶寬度比Control-PPy/TiO2更窄，而且MIP-PPy/TiO2對(duì)模板分子的吸附能力比Control-PPy/TiO

9、2更強(qiáng)，其光催化能力是Control-PPy/TiO2的二倍，這歸因子在MIP-PPy/TiO2的表面引入了印跡空穴，因此，表面印跡技術(shù)是制備PPy/TiO2的新技術(shù)。
　　 (5)直接法制備分子印跡型TiO2及其光催化性能的研究。通過(guò)溶膠-凝膠法直接制備新型分子印跡型納米TiO2光催化劑，而不采用分子印跡層包覆光催化劑的方法。與非分子印跡型的納米TiO2光催化劑相比，分子印跡型的納米TiO2光催化劑不僅對(duì)目標(biāo)污染物有很強(qiáng)的吸附

10、能力，而且對(duì)目標(biāo)污染物的光催化活性也增強(qiáng)，這歸因于分子印跡型納米TiO2光催化劑對(duì)目標(biāo)分子的選擇性吸附。
　　 (6)直接法制備具有可見(jiàn)光響應(yīng)的分子印跡型TiO2/WO3納米復(fù)合光催化劑及其光催化性能的研究。通過(guò)溶膠-凝膠法直接制備新型分子印跡型TiO2/WO3納米復(fù)合光催化劑。分子印跡型TiO2/WO3納米復(fù)合光催化劑對(duì)目標(biāo)污染物的吸附能力大于非印跡型TiO2/WO3納米復(fù)合光催化劑，其吸附過(guò)程符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)。而且，分子印跡