tio2掺杂及热处理对光降解亚甲基蓝的影响毕业论文(编辑修改稿)

tio2掺杂及热处理对光降解亚甲基蓝的影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 2） 光强的影响：在低光强照射时，光催化反应速率随光强度的增加而增加；而在高光强照射时，光催化反应速率随光强度的增加而降低。 （ 3） 厚度的影响：当 厚度在一定范围内，光催化特性随厚度的增加而加强。 薄膜厚度小于电子迁移距离时，被光照激活的电子数量随着薄膜厚度的增加而增多，也随之加强了光催化活性。 二氧化钛 的改性及 光催化 二氧化钛的改性 TiO2 光催化剂在实际得操作应用中存在一定的问题，比如禁带的宽度较宽，光吸收波长处于紫外光区，其能带结构决定了只能利用太阳光中紫外线部分，不能够充分的利用太阳光可见光部分，造成太阳光利用率低，光生电子 空穴易复合等原因严重限制了其在环境保护领域中的应用。 近几年来，为了提高 TiO2 光催化剂对太阳光的可 见光利用率，国内外许多研究学者对其进行了掺杂改性。 改性的目的主要是拓宽光响应的范围促使光生电荷能够有效分离抑制载流子复合以提高光量子的效率来提高光催化剂的稳定性等。 对 TiO2 进行改性的方法主要有非金属元素掺杂，复合半导体，过渡金属元素掺杂，染料敏化，稀土金属元素掺杂和贵金属沉积等。 金属掺杂 金属掺杂 指的 是通过 在 TiO2 的 晶格内掺杂金属，形成缺陷， 使 TiO2 的电子能级结构分布得到改变 ， 使 光生电子 空穴复合减少， 来使其 光催化活性 得到提高 ， 常见金属有 Th、 La、 Ce 等 的 稀土金属离子和 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn 等 的 过渡金属离子。 在 20xx 年吴雅睿等 人 用 SolGel法制备 的 TiO2 掺杂 Cu2 +、 Ni2 +、 Pb2 +、 Zn2 +、 Fe3 +光催化剂 的 结果表明 了 ， TiO2 光催化剂掺杂改性后表现出 了比 较高的催化活性， 使得其 对甲醛的降解率 等于或高于 50%， 尤其 是 TiO2 光催化剂掺杂 Pb2 +离子后 其降解率 对甲醛 高 达 98． 12%。 非金属掺杂 过渡金属元素掺杂虽然能够改善 TiO2 在可见光下的活性 ,但是因为金属离子成为复合中心 ,而使得 TiO2 在紫外光下的活性下降或在可见光下的活性远低于 在紫外光下的活性。 另一方面 ,过渡金属元素掺杂使 TiO2 稳定性变差 ,比如用湿化学法或离子注入的方法掺 Cr、 V 等元素。 最早被报道出具有可见光活性光催化材料是氮掺杂 TiO2 ，早在 1986 年 Sato 等人就发现将氮引入 TiO2 具有可见光响应， ,但十几年来没有引起人们的重视，直到20xx 年 Asahi 等人在 Science 上报道了非金属元素以氮为代表替代少量的晶格氧能够使得 TiO2 的带隙变窄， ,在保持紫外光照下催化活性的同时 ,使 TiO2具有可见光活性 , 5 从而提高了光催化的光量子效率，掀起了非金属元素尤其是氮元素掺杂 TiO2 的热潮。 复合半导体 复合半导体的 本质 指的 是一种颗粒 相 对 于 另 外 一种颗粒的修饰 作用。 半导体的复合可 以 提高电荷 的 分离效果，扩 大 TiO2 光谱 的 相应范围。 复合 的 方式 主要有 简单组合、多层结构 、 掺杂、异相组合等。 利用 混晶效应 ， 用硫化物、硒化物等能隙较窄的半导体修饰 TiO2，提高 其 催化活性， 比 如 WO3TiO CdSTiO SnO2TiOMoOTiO V2O5TiO ZnS 等。 染料光敏化 染料 光敏化是 TiO2 主 要的修饰方法 之一 ，光敏化 的 修饰 可以 使 TiO2 得到 可见光活性。 染料 光 敏化可以通过在可见光下染料激发的电子注入到 TiO2 导带中 ,从而使得 TiO2 的光激发波段能够扩展到可见光区域 ,但绝大多数的敏化剂在近红外区的吸收很弱 ,其吸收谱与太阳光谱还不能够很好得匹配。 除此以外敏化剂在水溶液里容易从催化剂的表面分离 ,而且其自身也有可能发生光降解。 TiO2 光敏化后 可以使 发色团降解或破坏染料 分子 的共轭结构， 并且可以 使高度矿 得到 CO2 和 H2O。 但 是 环境参数（ 比 如溶液 的 pH 值 ， TiO2 的 晶体 类型等）对降解速率 的 影响较大， 在 实际应用中需要 自主 确定最佳参数。 氮掺杂 二氧化钛 粉体 的制备方法 现阶段制备 氮掺杂 二氧化钛 粉体 的方法很完善也很多，但大多 数方法仅 适用于小量生产的实验室 ， 还不能 够 投入到 规模化 的工业生产， 其中 制备方法最主要的有溶胶凝胶法 （ SolGel） 、 高温焙烧法、 水解沉淀法 、 有机前驱体热解法 、 机械化学法。 科学界也加大了对 氮掺杂 二氧化钛 粉体 制备工艺的研究，使其向高性能、工艺简单 、低成本的方向发展。 高温焙烧法 高温焙烧法指的是在含氮气的气氛或在空气中煅烧二氧化钛或者其它含钛的化合物，所用的气氛为 N NH3 或 Ar 和 NH3 混合气体等，通过控制在焙烧中的气氛、时间、温度等条件来制备性质不同的 TiO2 掺杂。 氨气热处理时的煅烧温度通常高于 500oC，这会使得 TiO2 粉体的比表面积急剧减少，因此将能热分解产生氨气的有机物如尿素等和 TiO2 粉体混合后在较低温度下煅烧来控制产物使其比表面积下 降，缺点是会有 C 或有机物残留导致 TiO2 的光催化作用受影响。 水解沉淀法 6 水解沉淀法指的是直接在含氮水溶液中将钛盐水解或将钛盐水解再和含氮的有机物反应得到氮掺杂二氧化钛粉体。 其中钛盐除钛醇盐如钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯等外还有无机钛盐如四氯化钛、硫酸钛、三氯化钛。 氮源主要有含氮有机物尿素、硫脲等，无机的碳酸铵、氨水、氯化铵等。 水解沉淀法的优点是一般反应能够在较低的温度下顺利进行，工艺方法简单，原材料易获得，且较易控制制备出纳米级粒径纯净均一的产物，因此许多研究学者都推荐采用此法。 有机 前驱体热解法 有机前驱体热解法指的是含氮有机物和钛盐反应使得到的有机前驱体含有 TiN键，再使得到的前驱体在不同的气氛和温度中煅烧掺杂改性。 有机前驱体热解法还可以制备二氧化钛的碳氮共掺杂，所得的掺杂二氧化钛有较好的光催化性能，但其碳氮共掺杂的机理还需要进一步探究。 溶胶 凝胶法（ SolGel） 目前制备纳米氧化物使用最为广泛的方法之一是溶胶 凝胶法。 其原理是 ， 选取最佳的无机盐或有机盐 （ 常用有机醇盐 ） 为前驱物 水解 制备溶胶 ，然后 经过干燥、煅烧 溶胶 得到纳米 二氧化钛粉体。 在 二氧化钛溶胶的制备，作为前驱体的钛有机醇盐通常选用的主要有钛酸乙酯、四氯化钛、钛酸正丁酯等，最常用的为钛酸正丁酯；常用溶剂有乙醇、丙醇和异丙醇等；常用稳定剂为二乙醇胺或冰醋酸等。 以钛的醇盐为前驱体，其溶胶凝胶过程为： 水解 反应 ： OHROHTiORTi OH 2   缩聚 反应 ： 失水缩聚 OHTiOTiTiHOOHTi 2  失醇缩聚 R O HTiOTiTiHOORTi   溶胶 凝胶法的优点是能够形成薄膜和大块固体，掺杂改性容易实现，缺点是得到纳米二氧化钛粉体较难，而且破碎后的粉体的颗粒尺寸分布和孔径分布较宽。 机械化学法 机械化学法指的是指通过摩擦、压缩、冲击、剪切、弯曲、延伸等方法对固体、气体、液体物质加以机械能致使改变其物理化学性质或使其和周围物质发生化学反应。 机械化学法的常见设备有球磨机、行星磨等，该法优点是设备易得、操作简便等，缺点是在研磨时较难调控产物微结构。 课题研究内容与意义 本实验采用高温氨气热处理法 制备氮掺杂二氧化钛粉体。 选择钛酸四正丁酯作 7 为前驱物，无水乙醇作为溶剂。 制备前驱体后，利用真空高温氨气热处理制备不同温度的氮掺杂二氧化钛粉体。 并且利用 X 射线衍射（ XRD）和紫外 可见光吸收曲线（ UVV）对其进行表征。 选择实验制备的改性二氧化钛粉体进行光催化性能的测试，采用亚甲基蓝模拟降解物。 对制备的改性二氧化钛粉体进行表征对比，确定出最佳的制备条件，如温度、是否真空状态。 进行空白样和所制备的改性二氧化钛粉体的光催化实验，得出改性二氧化钛粉体的光催化性能及不同二氧化钛粉体的光催化性能的差别。 二氧化钛的氮掺杂 为以后具有可见光响应的光催化剂的制备提供了一种有效的方法。 我国的钛资源占世界总储量的 1/4,居于世界之首 ,如果能利用丰富的钛资源 ,制备出可见光催化剂 ,应用于污染处理、光能转换等方面 ,不仅促进了我国经济发展，改善了我们的生存环境，而且使世界所面临的能源与环境污染问题都有望得到彻底的解决。 8 2 实验部分 实验药品及仪器 实验药品和试剂 表 实验药品和试剂及生产厂家 药品名 级别 生产厂家 钛酸四正丁酯 CP（ 化学纯 ） 国药集团化学试剂有限公司 无水乙醇 AR（ 分析纯 ） 天津市富宇精细化工有限公司 尿素 AR（ 分析纯 ） 莱阳市康德化工有限公司 亚甲基蓝 AR（ 分析纯 ） 天津市津南区咸水沽工业园区 实验仪器 表 实验仪器及生产厂家 仪器名 生产厂家 SHT 型数显恒温磁力搅拌电热套 山东鄄城华鲁电热仪器有限公司 781 型磁力加热搅拌器 金坛市医疗仪器厂 DHG9070A 型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司 ZF7 型暗箱三用紫外线分析仪 上海嘉鹏科技有限公司 真空管式高温烧结炉 合肥科晶材料技术有限公司 电子天平 上海佑科仪器仪表有限公司 紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司 A8FOCUS 型 X 射线衍射仪 BRUKER AXS GMBH XiangYi H1650 高速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司 氙灯光源 北京中教金源科技有限公司 二氧化钛 光粉体 的制备 实验前的准备 实验前准备好实验所需要的仪器和药品。 清洗 将用到的仪器如烧杯、量筒、 玻璃棒 等 ： 用自来水洗涤三次 、 用蒸馏水洗涤三次 、最后 用无水乙醇冲洗一次 ， 在。