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《哈尔滨工程大学》 2013年
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改性纳米TiO_2光催化剂的制备及其处理印染废水的试验研究

宋波  
【摘要】:TiO_2光催化技术以其高效广谱的催化性能、无毒害、材料廉价易得等特点,在印染废水处理领域受到了广泛的关注。但是普通的TiO_2光催化剂只能吸收紫外光,并且催化效率低下,使得光催化技术难以实现工业化应用。因此,提高TiO_2光催化剂的催化活性,并实现其在太阳光下的催化性能成为近年来光催化技术研究的热点。研究发现,对TiO_2光催化剂进行改性,并改善催化剂制备方法,能获得可利用太阳光的高活性的TiO_2光催化剂。本文采用溶胶-凝胶和水热合成两种方法分别制备Fe元素和N元素掺杂改性的TiO_2光催化剂,利用正交试验方法考察了制备条件对催化剂性质的影响,并优化制备出一系列高性能的改性TiO_2光催化剂,系统地研究了其在不同光源下对模拟印染废水中染料污染物的降解性能及降解机理,具体研究内容如下: 1、采用溶胶-凝胶法分别制备了掺Fe和掺N改性TiO_2光催化剂,利用正交试验方法考察了陈化时间、掺杂量、煅烧处理温度、煅烧处理时间对催化剂性能的影响,并优化出在紫外光和太阳光下具有最高催化活性的TiO_2光催化剂的制备条件。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,分析了优化制备的4个样品的光催化剂。结果表明,4个样品在紫外光和太阳光下降解印染废水中目标降解物亚甲基蓝效率均能达到95%,且均为较小纳米锐钛矿颗粒,晶粒尺寸在10nm左右。溶胶-凝胶法适合制备改性纳米TiO_2光催化剂,Fe元素和N元素掺杂均能较好的改善催化剂的催化性能,并扩展其光响应范围至可见光区。 2、采用水热合成法分别制备了掺Fe和掺N改性TiO_2光催化剂,考察了陈化时间、掺杂量、水热处理温度、水热处理时间对催化剂性能的影响。结果表明,不同光源下具有最高催化活性的TiO_2光催化剂的最优化制备条件不相同。采用以上表征手段对最优化制备的4个样品研究结果表明,掺杂Fe元素和N元素能提高催化剂降解亚甲基蓝效率,在紫外光和可见光下均达到95%以上,且均为纳米锐钛矿。 3、采用以上方法优化制备的8个TiO_2光催化剂样品在紫外光和太阳光下,对甲基橙和孔雀石绿及其混合废水的降解均表现出较高的效率。但同时未出现与降解亚甲基蓝一致的规律性,说明改性纳米TiO_2光催化剂的制备条件宜依据目标降解物来优化制备。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X791;X703

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