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高活性纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及应用

作　者: 杜英春
导　师: 王绍艳
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 二氧化钛光催化降解二甲酚橙甲基橙
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

实验分别以Ti（SO₄）₂溶液和加入H₂SO₄的Ti（SO₄）₂溶液作为原料采用水解法制备了系列纳米TiO₂光催化剂，考察了Ti（SO₄）₂溶液浓度、氨水浓度、水解时间、焙烧温度等因素对产品的粒径及晶型的影响，用HRTEM、TEM、BET、FS、XRD及激光粒子分布和孔分布等检测手段对产品进行了表征。结果表明：本实验制备的系列纳米TiO₂光催化剂的一次粒径范围是7～25nm，以团聚体形式存在，二次粒径范围是0.1～2μm，焙烧温度在300～700℃范围内，粒子的晶型为锐钛矿型。实验以降解二甲酚橙溶液、甲基橙溶液为探针反应，对制备的系列纳米TiO₂光催化剂的催化活能进行了研究，并考察了降解过程中染料浓度、溶液pH、降解时间等因素对降解效率的影响。以加入H₂SO₄的Ti（SO₄）₂溶液为原料制得的经300℃焙烧的纳米TiO₂光催化剂，在紫外光（365nm）和太阳光的照射下，对二甲酚橙溶液有较好的降解效果；以Ti（SO₄）₂溶液为原料制得的经300～700℃焙烧的纳米TiO₂光催化剂对甲基橙溶液均有降解能力，经400℃、600℃焙烧的催化剂降解能力较强。将经400℃焙烧的催化剂用于降解甲基橙溶液，分别在紫外光（254nm）照射20min，在太阳光照射90min，对甲基橙溶液的脱色率均达到为100％；用于降解实际花系染料废水，分别在紫外光（254nm）照射40min，在太阳光照射210min，废水COD的去除率达到92.9％和91.2％。本实验利用紫外—可见分光光度计和高效液相色谱—质谱联用仪对甲基橙溶液的降解过程进行分析。还考察了催化剂重新使用的情况，分析了催化剂的荧光强度和催化剂的催化性能的关系，建立了甲基橙溶液在太阳光下降解反应的一级动力学方程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 TiO_2光催化氧化法的概述及机理  9-10
    1.1.1 TiO_2光催化氧化法的概述  9
    1.1.2 TiO_2光催化氧化机理  9-10
  1.2 TiO_2的基本性质  10-12
  1.3 纳米TiO_2的制备  12-14
  1.4 提高纳米TiO_2光催化剂催化性能的途径  14-16
    1.4.1 催化剂的表面修饰  14-15
    1.4.2 在光催化体系中加入氧化剂  15-16
  1.5 纳米TiO_2光催化氧化技术的主要应用  16-17
  1.6 本课题的研究目的及意义  17-18
第二章纳米TiO_2光催化剂的制备与表征  18-34
  2.1 纳米TiO_2光催化剂的制备  18-22
    2.1.1 主要试剂  18
    2.1.2 主要仪器  18-19
    2.1.3 水解法制备纳米TiO_2光催化剂的机理  19-20
    2.1.4 制备方法及工艺路线  20
    2.1.5 纳米TiO_2光催化剂制备条件的选择  20-22
  2.2 纳米TiO_2的表征  22-32
    2.2.1 TG-DTA分析  22-24
    2.2.2 HRTEM和TEM分析  24-27
    2.2.3 激光粒度测试  27
    2.2.4 FS检测  27-29
    2.2.5 XRD分析  29-31
    2.2.6 BET分析及孔径分布测定  31-32
  2.3 小结  32-34
第三章纳米TiO_2光催化剂降解二甲酚橙溶液  34-43
  3.1 实验部分  34-35
    3.1.1 主要试剂  34
    3.1.2 主要仪器  34-35
    3.1.3 光催化氧化降解反应  35
  3.2 实验结果与讨论  35-42
    3.2.1 二甲酚橙溶液标准曲线的绘制  35-36
    3.2.2 焙烧温度对光催化效果的影响  36-38
    3.2.3 溶液pH值对光催化效果的影响  38-39
    3.2.4 反应物初始浓度的确定  39
    3.2.5 不同光照时间对光催化效果的影响  39-40
    3.2.6 催化剂的重复利用  40
    3.2.7 二甲酚橙溶液降解过程分析  40-41
    3.2.8 在太阳光下降解二甲酚橙溶液  41-42
  3.3 小结  42-43
第四章纳米TiO_2光催化剂降解甲基橙溶液  43-64
  4.1 实验部分  43
  4.2 实验结果与讨论  43-64
    4.2.1 甲基橙溶液溶液标准曲线的绘制  43-44
    4.2.2 对比试验  44-45
    4.2.3 催化剂制备条件对光降解效率的影响  45-49
    4.2.4 光降解反应条件对光降解率的影响  49-53
    4.2.5 催化剂的重复使用  53
    4.2.6 甲基橙溶液降解过程分析  53-58
    4.2.7 在太阳光下降解甲基橙溶液  58-62
    4.2.8 反应动力学的研究  62-64
第五章纳米TiO_2光催化剂降解染料废水  64-66
  5.1 利用紫外灯作为光源降解染料废水  64-65
    5.1.1 实验部分  64
    5.1.2 实验结果  64-65
  5.2 利用太阳光作为光源降解染料废水  65-66
    5.2.1 实验部分  65
    5.2.2 实验结果  65-66
第六章结论  66-68
参考文献  68-73
附录  73-78
致谢  78

高活性纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及应用

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