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《天津大学》 2004年
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纳米TiO_2光催化剂负载及改性技术研究

孙雪莲  
【摘要】:随着人类社会的进步和发展,环境污染问题越来越受到人们的重视。在最近30年得到快速发展的利用二氧化钛多相光催化技术降解环境污染物的方法因其具有诸多优点而日益受到人们的关注。该法具有降解速度快、对被降解物几乎无选择性以及氧化完全等优点,美国、日本等国在该研究领域处于世界先进水平,已将该技术的诸多方面应用于环保领域,目前国内对该项技术的研究还处于实验室水平。 本文的工作主要包括两个部分:用不同物质做载体,制备和表征负载型TiO2光催化剂,并用气相中降解微量甲苯来考察这几种负载型TiO2光催化剂的性能; 制备用过渡金属银离子和镍离子掺杂改性的TiO2光催化剂,并对两种掺杂催化剂进行表征; 利用TiO2改性催化剂降解空气中含有的微量甲苯来考察两种掺杂催化剂的催化活性,确定了掺杂催化剂的最佳掺杂量,并根据表征的结果对掺杂金属离子改性的机理深入探讨。本文选用玻璃片、硅胶片和活性炭颗粒作为载体,溶胶-凝胶法制备了负载型TiO2光催化剂,并用环境扫描电镜(SEM)对三种催化剂进行了表征,从表征结果看,玻璃片上的负载膜均一、平整,而硅胶片和活性炭颗粒表面负载的TiO2均有开裂现象,尤其是硅胶片负载的TiO2膜。从催化活性的结果看,玻璃片在气相光催化系统中不适合做催化剂载体,活性炭负载的TiO2催化剂的活性最好。选用银离子和镍离子作为掺杂剂制备了掺杂改性的TiO2光催化剂,并用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和荧光光谱(FS)对这两种掺杂催化剂表征,降解空气中甲苯考察其活性,从表征和催化活性的结果看,掺杂离子都是以氧化物的形态存在于TiO2粒子的表面,掺杂镍离子的催化剂活性明显高于掺杂银离子的催化剂活性,两种掺杂催化剂的最佳掺杂量均是0.4%(金属离子相对于二氧化钛的百分比含量),掺杂金属离子提高TiO2光催化活性的主要原因是掺杂离子促进了电子和空穴的分离,从而降低了电子和空穴的复合几率,提高了光催化活性。
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