改性二氧化钛的制备、表征及其在光催化处理染料废水中的应用
【摘要】：本文系统地研究了纳米TiO_2及改性TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化性能;分析了染料光催化降解过程、终产物及其光催化反应动力学;并对光催化处理染料废水作了一些探索。
运用XRD、BET、LRS、TEM、DRS、XPS等测试手段,研究了表面沉积金属氧化物、掺杂金属离子以及担载贵金属等方法对二氧化钛性质的改性,研究表明:
① 纳米TiO_2表现出明显的量子尺寸效应;
② 掺入金属氧化物或金属离子会阻碍TiO_2锐钛矿晶相的出现,使颗粒变小,担载Au、Ag、Pt使催化剂颗粒明显变大;
③ TiO_2中掺Au、WO_3、Sb_2O_3后对可见光的吸收明显增强;
④ 掺入WO_3或Sb_2O_3的TiO_2,Ti2p电子结合能增加;而掺Au则使其结合能减小,且Fermi能级从2.97eV减小至2.43eV,吸收光谱阈值变为501nm,红移了84nm。
以高压汞灯为激发源,亚甲基蓝和甲基橙为分子探针,对比研究了不同改性方法使TiO_2对这两种有机物分子光催化降解的活性产生差异,研究表明:
① 掺入WO_3、ZrO_2、Sb_2O_3、Au~(3+)和担载金单质的TiO_2,光催化降解亚甲基蓝溶液的能力增强;而掺入Y_2O_3、Au~(3+)和担载铂单质的TiO_2,光催化降解甲基橙溶液的能力则增强。
② Au~(3+)、WO_3两种物质同时掺入的TiO_2,并未表现出协调作用;担载Au的TiO_2对甲基橙的光催化降解能力下降,而掺Au则增强其光催化降解
【关键词】：二氧化钛 改性 光催化 染料废水 反应器 动力学
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：1999
【分类号】：O614.411;X703.5
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.110856
【目录】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：1999
【分类号】：O614.411;X703.5
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.110856
【目录】：
- 中文摘要3-5
- 英文摘要5-8
- 目录8-17
- 第一章 多相光催化法在废水处理中应用的文献综述17-40
- 1.1 有机污染物的环境问题17-18
- 1.2 引言18-22
- 1.2.1 半导体多相光催化技术18
- 1.2.2 多相光催化法的机理18-21
- 1.2.3 多相光催化技术的特点21-22
- 1.3 影响光催化剂活性的主要因素22-24
- 1.3.1 吸收带隙22-23
- 1.3.2 晶型23
- 1.3.3 晶粒大小23
- 1.3.4 表面电导性和表面酸性23-24
- 1.4 光催化反应器的分类与优化24-27
- 1.4.1 光催化反应器的分类24-25
- 1.4.2 太阳能光催化反应体系25-26
- 1.4.3 生物-光催化反应器26
- 1.4.4 催化剂的固定技术26-27
- 1.5 光催化反应动力学27-30
- 1.5.1 反应动力学常数与入射光辐射强度的关系28
- 1.5.2 反应速率常数与反应器特征的关系28-29
- 1.5.3 反应速率与体系辐射吸收量的关系29-30
- 1.5.4 量子产率30
- 1.6 多相光催化法在给水排水处理中的应用30-34
- 1.6.1 有机污染物的氧化30-31
- 1.6.2 无机污染物的处理31-33
- 1.6.3 太阳能多相光催化法在废水处理中的应用实例技术经济分析33-34
- 1.7 太阳能多相光催化法存在的问题34-35
- 1.8 解决途径35-37
- 1.9 本文主要研究内容37-38
- 1.10 本研究所采取的技术路线38-39
- 1.11 本文的立题意义39-40
- 第二章 实验方法与数据处理40-44
- 2.1 原料与化学试剂40
- 2.2 实验常用仪器设备40
- 2.3 光催化剂的表征40-42
- 2.4 光催化剂活性验证与降解过程及产物检测42-44
- 2.4.1 光催化反应模型42-43
- 2.4.2 反应底物脱色效果43
- 2.4.3 降解过程中紫外-可见吸收光谱测试43
- 2.4.4 降解产物检测43-44
- 第三章 纳米 TiO_2晶体的制备、表征及其纳米尺寸效应44-51
- 3.1 实验44-45
- 3.1.1 纳米 TiO_2晶体的制备44
- 3.1.2 纳米 TiO_2晶粒的表征与光催化活性验证44-45
- 3.2 结果与讨论45-50
- 3.2.1 差热分析(DTA)与热重分析(TG)45-46
- 3.2.2 XRD分析46
- 3.2.3 粉末粒度分析46
- 3.2.4 比表面积46-48
- 3.2.5 LRS测试48
- 3.2.6 尺寸效应与 TiO_2光催化活性的关系48-50
- 3.3 小结50-51
- 第四章 金属氧化物/TiO_2纳米光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究51-70
- 4.1 实验51-53
- 4.1.1 催化剂的制备52-53
- 4.1.2 催化剂的表征与光催化性能验证53
- 4.2 实验结果53-66
- 4.2.1 掺入金属氧化物对 TiO_2晶相的影响53
- 4.2.2 复合体的 LRS研究53-55
- 4.2.3 掺入不同金属氧化物对复合体 TEM及粒径的影响55-56
- 4.2.4 掺入不同金属氧化物对复合体比表面积的影响56
- 4.2.5 复合体的漫反射光谱(DRS)研究56-59
- 4.2.6 复合体的 XPS研究59-64
- 4.2.7 复合体对亚甲基蓝与甲基橙溶液的光催化脱色降解64-66
- 4.3 讨论66-68
- 4.3.1 WO_3/TiO_2之间光生载流子的输运与分离66-67
- 4.3.2 W 物种对光生载流子分离与运输的影响67-68
- 4.4 小结68-70
- 第五章 贵金属/TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能研究70-80
- 5.1 实验71
- 5.1.1 催化剂的制备71
- 5.1.2 催化剂的表征与光催化活性的验证71
- 5.2 结果71-76
- 5.2.1 贵金属担 TiO_2的 XRD表征72-73
- 5.2.2 贵金属担载 TiO_2的 TEM表征及粒径分析73-74
- 5.2.3 复合体对亚甲基蓝和甲基橙溶液的光催化脱色降解74-76
- 5.3 讨论76-79
- 5.3.1 光催化还原反应形成 M/TiO_2的机理探讨76-77
- 5.3.2 载铂 TiO_2对亚甲基蓝和甲基橙脱色降解性能的对比研究77-79
- 5.4 小结79-80
- 第六章 掺金 TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究80-97
- 6.1 实验81-82
- 6.1.1 催化剂的制备81-82
- 6.1.2 催化剂的表征与光催化性能检验82
- 6.2 结果82-92
- 6.2.1 Au~(3+)/TiO_2中金物种的存在状态的影响82
- 6.2.2 掺金复合体的 LRS表征82-84
- 6.2.3 掺金复合体的 TEM表征及粒径分析84-85
- 6.2.4 掺金复合体的 DRS表征85-87
- 6.2.5 掺入金离子的 TiO_2复合体的XPS表征87-90
- 6.2.6 复合体对亚甲基蓝与甲基橙溶液的光催化脱色降解90-92
- 6.3 讨论92-95
- 6.3.1 金离子掺杂对 TiO_2表面电子分离转移的影响92-94
- 6.3.2 掺杂 TiO_2的载流子复合、捕获以及界面电荷转移94
- 6.3.3 最佳掺杂浓度94-95
- 6.4 小结95-97
- 第七章 光催化降解染料反应过程及其反应动力学研究97-119
- 7.1 实验97-99
- 7.1.1 实验材料97-98
- 7.1.2 光催化反应98-99
- 7.1.3 分析方法99
- 7.2 结果与分析99-115
- 7.2.1 光催化降解过程99-105
- 7.2.2 光催化反应动力学及影响染料光催化降解的因素105-115
- 7.3 讨论115-117
- 7.3.1 光催化降解过程及其中间产物115
- 7.3.2 氧气或氧化剂在有机物光催化降解中所起的作用115-116
- 7.3.3 有机物分子结构与光催化分解的关系116-117
- 7.3.4 光催化反应动力学研究117
- 7.4 小结117-119
- 第八章 光催化处理实际染料废水的研究119-125
- 8.1 实验119-120
- 8.2 结果与分析120-124
- 8.2.1 不同处理方式对染色废水的处理效果120-123
- 8.2.2 不同稀释倍数的染色废水的处理效果123
- 8.2.3 不同回流比条件下染色废水的处理效果123-124
- 8.3 小结124-125
- 结论125-128
- 参考文献128-138
- 攻读博士学位期间发表的论文138-139
- 致谢139
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| 【引证文献】 | ||
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| 【参考文献】 | ||
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| 【共引文献】 | ||
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| 【同被引文献】 | ||
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| 【二级引证文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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