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纳米二氧化钛光催化性能优化研究

杨秋萍  
【摘要】:纳米TiO_2优越的光催化作用成为近20年来环境污染治理技术的研究热点。实验研究表明,大部分烃类、卤代烃、表面活性剂等有机物都可以在紫外光的照射下被TiO_2降解。但TiO_2存在量子效率低、对有机物的吸附性差、不易回收再利用等问题,实际使用困难。因此对它的研究主要集中在TiO_2负载技术和性能优化上。 本文采用溶胶-凝胶法制备TiO_2前驱体,分别在氮气和空气中,不同温度和不同时间焙烧,制备出纳米TiO_2。研究了气氛、温度、时间对TiO_2晶相、平均粒径、吸收波长、表面元素组成和晶格条纹等因素的影响,并将制备的TiO_2用于光催化降解亚甲基蓝的实验。 研究结果表明,在空气中焙烧,400℃时有金红石相生成而300℃没有,550℃时全部为金红石相;而在氮气中300℃和400℃焙烧,均没有金红石相生成,550℃时以金红石相为主,含有少量的锐钛矿相。在氮气气氛下焙烧制备的TiO_2平均粒径比空气中制备的样品小。相同条件下,在氮气中热处理有利于纳米TiO_2的吸收波长向长波长方向移动,氮气中550℃焙烧4h制备的TiO_2吸收波长最长,为435nm。在氮气气氛中焙烧有利于提高TiO_2表面吸附氧含量,增加表面间隙态N元素含量,使其光吸收性能得到改善。氮气中400℃焙烧2h制备的TiO_2晶格条纹较宽,并有层错出现。 分别用空气和氮气中300℃焙烧2h制备的TiO_2进行了光催化降解亚甲基蓝(MB)的实验,结果表明,氮气中焙烧制备的TiO_2具有更优异的光催化性能,降解速率较快,对亚甲基蓝的降解率可以达到98%以上。


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