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《西南石油大学》 2012年
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二氧化钛薄膜的原位制备及其光电催化性能研究

欧犇  
【摘要】:水环境保护是当前人类社会广泛关注的一个问题,据专家估计,从下世纪初开始,全世界将有四分之一的地区长期缺水。我国是一个淡水资源缺乏的国家,特别是近几十年随着国民经济的快速发展,高浓度的有机废水对我国宝贵的水资源造成了严重威胁,在这个呼吁环保的时代,对有机废水的治理刻不容缓,但传统的有机废水处理方法有能耗大、造成二次污染、降解不完全等缺点,使工业废水的处理一直未能达到太大的改善。 利用Ti02光催化性能处理难降解污水是目前极具前途的方法,而TiO2薄膜也因为其容易回收利用和可重复使用等特点而成为人们研究的重点。通过微弧氧化方法可以在钛基体上原位制备出致密的Ti02薄膜,这种方法不仅简化了以往Ti02薄膜复杂的制备工序,同时因为其特殊的表面孔洞结构而使其光催化活性有一定提高。 本文在以Na2Si03和Na2W03为主盐的溶液中采用恒定电流模式,对纯钛TA2进行微弧氧化处理,在不同电流密度下原位制备Ti02薄膜,通过测试膜层硬度以及与基体的结合强度,分析了电流密度对成膜特性的影响,并对制得的TiO2薄膜在不同温度下进行热处理,得到具有不同晶型配比的TiO2薄膜,对所制得的TiO2薄膜进行Zn的浸渍,得到Zn/TiO2复合薄膜。通过SEM、XRD、DRS以及光催化实验等手段对TiO2薄膜形貌、物相及吸收光谱以及光催化性能进行表征和分析,最后,在光催化的同时施加一定偏压,考察了TiO2薄膜的电助光催化性能,并通过改变外加偏压和甲基橙初始浓度,考察了二者对TiO2薄膜光催化性能的影响,并建立催化动力学方程。 结果表明,氧化过程电压随时间的变化分为前五分钟快速增长和后十五分钟的稳定阶段,制得的TiO2薄膜表面呈多孔状,表面形貌及截面形貌以11A/dm2的试样最好。膜层主要由致密层和疏松层组成,主要元素从内到外呈现梯度分布。膜层的硬度随电流密度增大而呈增大趋势,但电流密度达到14A/dm2时,硬度却有所减小,随着电流密度的增大,薄膜与基体的结合力却从42N减小到30N;三种电流密度下制备的薄膜在紫外光照射下都具有催化作用,11A/dm2的试样具有最好的催化性,2h内对甲基橙进行降解,降解率达到25%。 锐钛矿向金红石相的转变温度大约在600℃,经500℃、550℃、600℃、650℃热处理的二氧化钛薄膜在紫外光照射下均有催化性,但随着处理温度的升高,金红石相的生成,使甲基橙降解率由25%减小到16%。 Zn元素的加入对薄膜表面形貌及物相组成没有明显影响,但能拓宽二氧化钛吸收光谱,使其对甲基橙起始吸收带边红移了近20nm,且降解率相对于不掺杂时提高了3%。降解甲基橙10次后,其稳定性仍然良好。 电助光催化对TiO2薄膜催化效率有明显提高。随着外加电位的增加,光电催化降解率会增强。在120分钟内,外加偏压从0.6增加至1.2V甲基橙的降解率从38%提升到68%。当有外加偏压存在时,光电催化反应表现为表观动力学零级反应。当甲基橙浓度为5mg·L-1,10mg·L-1,反应表现为表观动力学一级反应。当甲基橙浓度达15mg·L-1,20mg·L-1,反应表现为表观动力学零级反应。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O614.411

【参考文献】
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