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纳米光催化剂的制备及其在环境治理中的应用

杨莉  
【摘要】: TiO_2因其光稳定性好,无毒而受到广大科学工作者的青睐,但是它具有较大的禁带宽度,必须使用紫外光才能提高光催化活性,因此推广应用受到限制。经过几十年的探索,人们发现对其进行一定的表面改性,掺杂过渡金属离子、表面修饰以及与其它金属氧化物(半导体或绝缘体)复合构成的新型光催化剂具有较好的光催化活性。本论文在过去研究的工作基础上,采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了系列掺杂光催化剂(Fe~(3+)/TiO_2)、表面修饰光催化剂(SO_4~(2-)/TiO_2、Fe~(3+)/NH_4~+/SO_4~(2-)/TiO_2)、复合光催化剂(CeO_2/TiO_2、La_2O_3/TiO_2、CeO_2/La_2O_3/TiO_2、CeO_2/Pt/TiO_2、CeO_2/Ru/TiO_2、La_2O_3/Pt/TiO_2、La_2O_3/Ru/TiO_2、CeO_2/ZrO_2/TiO_2、La_2O_3/ZrO_2/TiO_2),借助于现代分析测试手段XRD、FTIR、UV/vis对其结构进行了表征。XRD结果表明,经600℃高温煅烧后,不论掺杂还是表面修饰、复合,光催化剂衍射峰宽化,晶粒大小均为纳米级。唯有Fe~(3+)/TiO_2金红石型占89%,平均粒径为130nm,其它均以锐钛矿型为主,Fe~(3+)/NH_4~+/SO_4~(2-)/TiO_2平均粒径4nm,CeO_2/TiO_2平均粒径1nm,La_2O_3/TiO_2平均粒径3.5nm,三元复合体平均粒径均小于10nm。 选择有机偶氮染料直接耐晒兰和直接耐晒黑G为实验对象进行了一系列光催化活性实验。实验结果表明,无论哪种光催化剂,只要选择合适的添加量,都具有比纯TiO_2高的催化活性。其中,Fe~(3+)/TiO_2的催化效率比纯TiO_2高50%;CeO_2/TiO_2和La_2O_3/TiO_2催化效率比纯TiO_2分别高33%和22%;CeO_2/La_2O_3/TiO_2的催化活性与La_2O_3/TiO_2、CeO_2/TiO_2二元复合体相差不大,La_2O_3/Pt/TiO_2、La_2O_3/Ru/TiO_2的催化活性比 摘要 La。O。ffio。二元复合体高,催化效率比纯TIOz高90%;用硫酸对TIOz进行表面修饰 后,催化活性有明显提高,SO4‘”/TIO。的催化效率比纯 TIO。高 78O; F4”川H厂侣O/一T旧在相同的实验条件下表现出很高的光催化活性,其催化活性是纯 TIOZ的3.6倍。 为了检验本论文所制备的光催化剂是否可用于日光作为光源对有机污染物进行 氧化分解,采用紫外光与日光进行对比实验。结果表明,Fe‘+/NH/侣O/”ffio。光催化 剂在日光照射下对直接耐晒黑G的降解率虽然比在紫外光下低,但在相同条件卜比纯 TIO。在日光下的降解效率高60%,因此,F4“刷H/侣O/ic。有望成为太川光作光源 大规模处理有机污染物的光催化剂。


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