TiO2納米管陣列光電催化降解有機(jī)物及分解水的研究.pdf

1、納米TiO2半導(dǎo)體材料光/電催化降解有機(jī)物、分解水制氫一直是環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題嚴(yán)重制約了TiO2納米粉體光/電催化技術(shù)的廣泛應(yīng)用：即TiO2的可見(jiàn)光響應(yīng)、催化劑表面的光生電荷復(fù)合和催化劑的有效搭載問(wèn)題。論文利用陽(yáng)極氧化技術(shù)在電極基體上制備了一層TiO2納米管陣列(TNAs)薄膜材料,由于所制備的TiO2納米管能夠整齊有序地排列在電極基底上,因而光生載流子傳輸速率快,電荷復(fù)合低,能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化性能。論文研究了這

2、種新型TiO2納米管陣列電極的制備、形成機(jī)理和光電催化降解污染物性能,并在此研究基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新型的光電催化薄層反應(yīng)器,用于有機(jī)污染物的高效處理,同時(shí)制備了可見(jiàn)光響應(yīng)的TiO2納米管陣列復(fù)合電極,應(yīng)用于可見(jiàn)光光電催化和產(chǎn)氫。TiO2納米管陣列的形態(tài)結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極氧化電位、電解質(zhì)、反應(yīng)時(shí)間因素等影響著TNAs的形態(tài)結(jié)構(gòu)。在氫氟酸水溶液電解質(zhì)中,控制陽(yáng)極氧化電位5-20 V,反應(yīng)時(shí)間60min可以獲得管徑20-100 nm,管長(zhǎng)300-80

3、0nm TNAs；在含有檸檬酸的含氟電解質(zhì)中,控制陽(yáng)極氧化電位20 V,反應(yīng)時(shí)間8h,可以得到1.5μm長(zhǎng)的TNAs；在含氟的DMSO和EG有機(jī)電解質(zhì)中,控制陽(yáng)極氧化電位20-60 V,反應(yīng)時(shí)10-60h可以得到管徑100-200nm,管長(zhǎng)7-60μm的TNAs。剛生成的TNAs是無(wú)定形結(jié)構(gòu),400℃-500℃煅燒后轉(zhuǎn)變成銳鈦礦晶型,600℃煅燒后轉(zhuǎn)化為銳鈦礦與金紅石混晶型。DRS顯示隨著TNAs管長(zhǎng)增加,TiO2的吸收邊向長(zhǎng)波移動(dòng)。在

4、氫氟酸電解質(zhì)中,金屬鈦陽(yáng)極氧化形成TNAs的機(jī)制為：陽(yáng)極氧化的初期金屬鈦表面迅速形成致密的阻擋層,然后表面逐漸形成小凹坑,隨后小凹坑逐漸變?yōu)榇蟀伎?同時(shí)凹坑發(fā)生溶合逐漸形成小孔徑納米管,小孔徑納米管融合最終變成完整的大孔徑納米管。TNAs電極具有高效的光電催化降解有機(jī)污染物性能。TNAs能表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化降解偶氮染料AO-7有機(jī)物的性能,并具有良好的穩(wěn)定性。重復(fù)處理AO-7溶液20次實(shí)驗(yàn)后,TNAs電極始終保持高的光電催化效率。電解

5、質(zhì)Na2SO4的濃度,光強(qiáng),煅燒TNAs的溫度和溶液pH等因素對(duì)光電催化降解效率有一定的影響。新型的光電催化薄層反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定光電催化降解有機(jī)物效率的關(guān)鍵因素之一。基于實(shí)驗(yàn)制備的鈦基雙面TiO2納米管陣列電極,設(shè)計(jì)一種具備雙面光照特征的光電催化降解有機(jī)物薄層反應(yīng)器。與傳統(tǒng)反應(yīng)器比較,該反應(yīng)器可以有效的改善傳質(zhì),提高光電催化降解有機(jī)污染物的效率,縮短反應(yīng)時(shí)間,即使處理高濃度的有機(jī)廢水仍能保持高效的處理效率。反應(yīng)

6、器始終能保持穩(wěn)定的高處理效率,在20次的重復(fù)降解實(shí)驗(yàn)中,反應(yīng)器保持了93.1？ 1.3%的脫色率?？梢?jiàn)光響應(yīng)型CdS/TiO2納米管陣列復(fù)合電極的制備及應(yīng)用。通過(guò)化學(xué)池沉積的方法,在TiO2納米管陣列電極表面負(fù)載一層粒徑在10nm左右的CdS納米顆粒。DRS分析表明這種復(fù)合TNAs電極的吸收邊從紫外區(qū)370nm紅移到540nm左右,具有明顯的可見(jiàn)光響應(yīng)性能。光電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,與純TiO2納米管陣列相比,導(dǎo)電玻璃基CdS/TiO2納米管陣