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氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究

胥丹平  
【摘要】:二氧化钛(TiO_2)具有催化活性高、化学性质稳定、成本低、无毒等优点而倍受人们青睐,是当今被研究最多的光催化剂,其应用范围极其广泛,如污水处理、空气净化、灭菌消毒、皮革工业、化妆品等领域有着巨大的潜在应用价值。它不仅能使光能转化为化学能,而且能光催化氧化水体中和空气中的绝大多数有机污染物,包括染料、表面活性剂、农药及各种难生物降解的有毒有机污染物,降解最终产物为CO_2、H_2O和无害离子。 TiO_2是一种宽禁带半导体,带隙能为3.2 eV,相当于波长为387.5 nm光子的能量,只有波长小于387.5 nm的紫外光激发才会产生光催化效应,产生具有很强氧化和还原能力的空穴(h~+)和电子(e~-),这些h~+和e~-与OH-或H_2O结合会产生氧化性很强的·OH自由基,使许多化学反应发生。而太阳光中紫外光部分所占的能量只有2%-4%,因此通过表面修饰等方法改善TiO_2可见光催化活性成为了光催化领域一个研究热点,如金属或非金属离子掺杂。 本文通过溶胶-凝胶法对TiO_2进行掺杂,将酸性红B和双酚A(BPA)作为目标污染物,研究N,F-TiO_2的可见光催化活性。采用三种方法制备了N,F-TiO_2,分别标记为N,F-TiO_2(1),N,F-TiO_2(2),N,F-TiO_2(3),并对三者的光催化活性进行比较,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对酸性红B降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L~(-1)的酸性红B溶液,可见光照射4.0 h时,N,F-TiO_2(1)催化可见光照射对酸性红B的降解效果最好,达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Ce,N,F-TiO_2,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L~(-1)的BPA溶液,可见光照射8.0 h时,Ce,N,F-TiO_2催化可见光照射对BPA的降解效果达到100%。采用溶胶-凝胶法制备了Fe,N,F-TiO_2,考察了可见光照射时间、催化剂加入量、照射功率和酸度等因素对BPA降解效果的影响。结果表明,对于浓度为10 mg·L~(-1)的BPA溶液,可见光照射4.0 h时,Fe,N,F-TiO_2催化可见光照射对BPA的降解率达到100%。


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