二氧化钛光催化材料的制备与性能研究

毕业论文

题目二氧化钛光催化材料的制备

与性能研究

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2012年5月3日

二氧化钛光催化材料的制备与性能研究

摘要：半导体TiO2是光催化领域最常用和最重要的材料，在紫外光的激发下，TiO2产生电子一空穴对，具有强氧化能力，可用于降解污染气体和废水中的有机物，在环保等领域具有极广阔的应用前景。本论文通过溶胶—凝胶法制备TiO2光催化剂，以钛酸丁酯为单体，制备了稳定的溶胶。对它进行改性，能使其具有紫外-可见光响应、强氧化降解有机污染物的能力。将锌、铜、铁三种金属氧化物复合二氧化钛，对其进行改性，获得二氧化钛复合物。利用喷涂法将复合物负载在钢片上，利用紫外光催化法对上述改性材料的光降解有机废物的催化效果进行考察，实验表明，二氧化钛复合铁的氧化物，可增加其降解效果，同时证明了制备复合物时的烧结温度、pH值和催化时间等条件都对降解效果有一定影响。

关键词：二氧化钛；复合；光催化。

Preparation and Properties of Titanium Dioxide

Photocatalytic Materials

Ningxia University, School of Chemistry and Chemical Engineering 2012Session

Chemical Engineering and Technology Li Yue 12008240242

Abstract: The semiconductor TiO2 photocatalysis is the most commonly used and most important materials under UV excitation，TiO2 electron-hole pair, with a strong oxidizing ability，can be used to degrade organic pollution gases and wastewater，in the field of environmental protection，etc. has very broad application prospects。In this thesis，prepared by sol-gel TiO2 photocatalysts，tetrabutyl titanate as the monomer，to prepare a stable sol。It was modified to give it a UV-visible light response，and strong oxidizing ability to degrade organic pollutants。Zinc，copper，iron，three kinds of metal oxide composite titanium dioxide and its modification，complexes of titanium dioxide。Use of spraying complex load in the steel，UV catalysis study，experiments show that the titanium oxide composite oxide of iron，can increase the degradation efficiency of the catalytic effect of the modified materials，photodegradation of organic waste the sintering temperature，pH value and the catalytic time when conditions in the preparation of compounds have a certain influence on the degradation effect。

Key words: titanium dioxide；compound；photocatalysis。

目录

第一章概述 (1)

1.1 文献综述 (1)

1.2 论文的目的及意义 (2)

1.3氧化钛的结构、性质及用途 (2)

1.4国内外光催化的研究进展和方向 (4)

第二章实验部分 (5)

2.1 实验试剂与仪器 (5)

2.1.1 实验试剂 (5)

2.1.2 实验仪器 (5)

2.2 实验方法 (6)

2.2.1 制备方法 (6)

2.2.2检测方法 (6)

2.3 实验内容 (6)

2.3.1 溶液的配制、二氧化钛溶胶的制备及复合材料的制备 (6)

2.3.2复合材料的降解效果检测 (8)

第三章实验结果与讨论 (10)

3.1二氧化钛溶胶光催化的结果 (10)

3.2三种复合材料的比较 (11)

3.2.1氧化锌-二氧化钛 (11)

3.2.2氧化铝-二氧化钛 (12)

3.2.3氧化铁-二氧化钛 (14)

3.2.4二氧化钛与三种复合材料的降解效果比较： (15)

3.3焙烧温度对光催化活性的影响 (16)

3.4溶液pH对光催化活性的影响 (16)

第四章结论与展望 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

第一章概述

1.1文献综述

有毒难降解污染物引起的环境问题已成为21世纪影响人类生存与健康的重大问题。这些污染物毒性大，难降解，即使浓度很低也容易引起动物及人类致癌、致畸形、致突变性等严重后果，直接威胁动物和人类的生存和健康，纳米半导体光催化技术几乎可以矿化所有的有机污染物，被认为是一种最为环保的环境污染物深度处理技术。随着工业的发展，环境污染问题已成为人们普遍关注的社会问题。光催化降解有机污染物的方法，具有节能(可利用自然光)、适用范围广及无毒等许多优点，具有极为诱人的前景。光催化氧化作为一种高级氧化技术，已日益受到国内外学者的关注。粉末状催化剂在回收处理方面的缺点使得负载型光催化剂的研究更具有现实意义。大量试验研究表明，TiO2催化剂光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，化学性质稳定，对生物无毒性；来源丰富，世界年消费量为350万吨；能隙较大，产生光生电子和空穴的电势电位高，有很强的氧化性和还原性，TiO2作为耐久的光催化剂已经被应用在处理各种环境问题上。

TiO2 是一种半导体材料，它以优异的电学及光学性质而成为透明导电材料研究热点之一。半导体的光催化性质与其能带结构是分不开的。半导体的能带结构通常是由一个充满电子的最高占有能带和一个最低空能带构成，他们之间的区域称为禁带。禁带是一个不连续区域，当半导体被能量大于其禁带宽度的光子照射时，价带上的电子被激发跃迁到导带形成导带电子，并在价带上生成空穴，从而在价带与导带间形成高活性的电子-空穴对。该电子-空穴对在半导体中形成较强的氧化-还原体系，当其迁移至半导体表面后可将吸附在半导体表面上的有机物氧化或还原。从而达到降解有机污染物的目的。

TiO2等半导体发生光催化反应时，起始步骤是在半导体颗粒中产生电子-空穴对。当用光照射半导体光催化剂时，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度，则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，产生光致电子和空穴。如半导体TiO2的禁带宽度312eV，当光子波长小于385nm时，电子就发生跃迁，产生光致电子和空穴。负载TiO2的载体种类繁多，对其光催化影响差异很大，良好的光催化剂载体应具有以下特点：具有良好的透光性，在不影响TiO2光催化活性的前提下，与TiO2颗粒间具有较强的结合力，比表面积大，对被降解的污染物有较强吸附性，易于固液分离，有利于固液传质，化学惰性等。

半导体TiO2是一种新型的高效光催化剂，具有很强的氧化能力，在一定能量的光照条件下，它不仅能将环境中的有害有机物降解为CO2和H2O，而且可以氧化去除大气中低浓度的NOx和含硫化合物(如H2 S、SO2 ) 等有毒气体。另外，光催化剂TiO2

还具有杀菌、除臭、防雾、自洁净等作用，可以进一步净化和改善生活环境。TiO2