二氧化鈦納米復合材料的制備及其光催化降解有機物的研究.pdf

1、近些年，光催化降解技術(shù)是非常熱門的研究方向。廢氣和廢水中各種有機和無機污染物在光催化作用下能被完全礦化成CO2和H2O，并且具有二次污染小、反應條件溫和、催化劑可重復利用、能耗低等多個優(yōu)點，因此成為當前環(huán)境技術(shù)研究的熱點。其中，TiO2是一種價格低廉、綠色環(huán)保、吸光能力強的半導體光催化劑，可以利用太陽光進行光催化降解，使有機和無機大分子污染物成為小分子無機物，如CO2和H2O等，所以TiO2在污染物的防治中被大量使用。但是由于TiO2的

2、禁帶寬度為3.2eV，相對較大，只能吸收波長小于380nm的紫外光能量，而紫外光在太陽發(fā)出的光中只占約5％，可見光在太陽光中所占比例約為50%，但TiO2無法利用這些能量，可見TiO2對光響應雖然敏銳，但其太陽光利用率偏弱。而且TiO2受光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子-空穴對很容易發(fā)生復合，降低TiO2的光催化效率。近年來，科研工作者們致力于對TiO2的性能進行改良，改良的主要方法為與貴金屬復合、離子摻雜、形成異質(zhì)結(jié)納米復合光催化材料等，使得Ti

3、O2的光催化性能得到了很大的提高。為了更好地利用TiO2光催化技術(shù)來處理廢水，提高它的催化效率，從而將TiO2半導體材料進行改性。通過制備介孔納米結(jié)構(gòu)增大比表面積，降低電子空穴復合率；通過與其他半導體材料進行耦合，擴寬光響應范圍。本論文中將制備而成的石墨烯/TiO2和CdS/TiO2納米復合材料用來降解有機物，同時以在可見光下降解甲基橙為模型反應，考察了復合材料的構(gòu)成對光催化活性的不同影響。具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　1、以二羥

4、基乳酸絡鈦酸銨(TALH)為鈦源，以氧化石墨烯為載體，采用水熱法合成了石墨烯/TiO2光催化劑納米復合材料，并通過改變尿素的用量來控制石墨烯/TiO2光催化劑納米復合材料的顆粒尺寸、晶型和光催化效果的高低。通過用所制備的石墨烯/TiO2光催化劑納米復合材料進行光催化降解甲基橙，以及對樣品的XRD和SEM性能表征表明，當尿素的用量為9.0g時，石墨烯/TiO2光催化劑納米復合材料的光催化效果最好。并通過控制尿素的含量來調(diào)節(jié)銳鈦礦和板鈦礦這

5、兩種晶型的比例。采用XRD、UV-Vis、XPS、SEM方法表征所合成的樣品，并測試了不同比例的雙晶TiO2/還原氧化石墨烯光催化材料在模擬太陽光下降解甲基橙（MO）的活性。測試結(jié)果表明：尿素含量為0.6g時，合成的復合材料為銳鈦礦TiO2/還原氧化石墨烯（TiA100/G），當尿素含量增加到42g時，產(chǎn)品為板鈦礦TiO2/還原氧化石墨烯（TiB100/G）。而加入9.0g尿素所生成的產(chǎn)品中銳鈦礦占35%，板鈦礦占65%（TiA35B6

6、5/G），這一比例的復合材料在降解甲基橙的試驗中表現(xiàn)出最佳活性。SEM表明，TiA35B65/G是長在G上的球狀銳鈦礦納米顆粒和棒狀的板鈦礦納米顆粒混合物。
　　2、以非離子型表面活性劑P123為模板，采用溶膠-凝膠法制備摻雜不同含量CdS的介孔TiO2納米復合材料。利用X射線衍射（XRD）特征峰的位置鑒定材料的物相；利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察離子的微觀形貌。研究表明，制備的CdS/TiO2材料的TiO2晶型主要是具有較高催

7、化活性的銳鈦礦，并且都呈現(xiàn)具有介孔的納米顆粒狀結(jié)構(gòu)，這些現(xiàn)象表明介孔CdS/TiO2納米材料成功的制備。用甲基橙模擬有機廢水進行降解實驗，發(fā)現(xiàn)2%介孔CdS/TiO2納米材料氙燈照射75min后降解甲基橙的效率達到了87.5%。它的催化效率與純TiO2和CdS的催化效率相比明顯提高。利用凝膠-溶膠法、水熱法合成得到CdS/TiO2復合材料，高溫煅燒令其結(jié)晶。用TEM、XRD、UV-Vis分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明CdS位于Tio2內(nèi)部，形成