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掺杂纳米TiO_2光催化降解甲醛的研究

作　者: 李群
导　师: 邱克辉
学　校: 成都理工大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米TiO2 甲醛 溶胶-凝胶法 离子掺杂 光催化剂
分类号: X13;TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


有机污染物已成为目前世界各国面临的一个共同难题。甲醛是对人类日常生活和身体健康造成危害日益严重的一种典型有机污染物。本研究针对这一严重的现实污染问题，选择安全无毒、具有高的光催化活性、化学性质稳定、最具有应用前景的半导体氧化物纳米TiO2作为降解甲醛的光催化剂，从材料的制备、测试分析与表征、光催化试验、理论探讨等方面开展对甲醛的降解研究，对于改善人们生活环境、提高人们身体健康水平具有重要的现实意义。通过样品的制备研究，选定了溶胶—凝胶法制备掺La3+、Ce3+、Ag+等离子的纳米TiO2光催化剂的制备工艺参数和制备纳米TiO2溶胶的组分，其优化摩尔配比为钛酸丁酯：无水乙醇：水：盐酸=1：10：1：0.1。采用XRD、SEM、TEM等现代测试分析仪器、方法和手段对制备工艺与所制备样品组成、结构与其光催化性能之间的关系进行了研究。XRD谱图分析表明，在不掺杂时，在400℃焙烧2h得到的为锐钛型的纳米TiO2，在450℃焙烧2h的样品则已有部分锐钛型转变为了金红石型的纳米TiO2；700℃焙烧2h的样品中，锐钛型已全部转变成了金红石型的纳米TiO2；镧、铈的掺入对锐钛型TiO2向金红石型的转变都具有程度不同的抑制作用。SEM照片显示，焙烧后未经分散处理的纳米TiO2颗粒有团聚现象，随着焙烧温度的提高，团聚颗粒的粒度增大，团聚程度增加；TEM分析样品的纳米颗粒的粒径与Scherrer公式计算得到的粒径一致。对甲醛的光催化降解试验表明，样品的焙烧温度对其光催化降解甲醛的效率具有很大影响，在450℃焙烧2h的样品的光催化活性相对较高，随焙烧温度的升高，其光催化活性降低；锐钛型和金红石型的混晶相比纯锐钛型纳米TiO2光催化剂的光催化效率高；掺杂离子种类不同，其对光催化性能的影响也不同，在所试验范围内，La3+和Ce3+的掺入量分别为2％，3％时对甲醛的降解效果相对较佳；催化剂溶液中溶质的浓度不同，其光催化活性不同，1g／l的催化剂的光催化效果相对较好；掺一定量银的纳米TiO2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较好的抗菌效果。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章 绪论  7-23
  1.1 引言  7-8
  1.2 纳米TiO_2光催化剂的研究与应用  8-16
    1.2.1 纳米TiO_2的光催化降解机理  8-9
    1.2.2 掺杂机理  9-11
    1.2.3 研究现状  11-13
    1.2.4 应用  13-14
    1.2.5 有待研究解决的主要问题  14-16
  1.3 纳米TiO_2光催化剂的合成与制备方法  16-19
    1.3.1 气相法  16-17
    1.3.2 液相法  17-19
    1.3.3 固相法  19
  1.4 纳米TiO_2光催化降解甲醛的研究  19-23
    1.4.1 纳米TiO_2光催化降解甲醛的研究情况  19-21
    1.4.2 研究思路  21
    1.4.3 研究方案与主要内容  21-22
    1.4.4 研究意义  22-23
第2章 原料、设备与仪器  23-26
  2.1 原料  23
  2.2 实验设备  23-24
  2.3 测试分析方法与仪器  24-26
    2.3.1 X射线粉晶衍射法(XRD)  24
    2.3.2 扫描电子显微分析(SEM)  24
    2.3.3 透射电子显微分析(TEM)  24
    2.3.4 紫外可见吸收光谱仪(UV-Vis)  24-25
    2.3.5 721—分光光度计  25-26
第3章 溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2光催化剂  26-41
  3.1 溶胶-凝胶制备方法与原理  26-28
    3.1.1 制备方法  26
    3.1.2 制备原理  26-28
  3.2 结果与讨论  28-40
    3.2.1 胶凝时间的主要影响因素  28-31
    3.2.2 焙烧温度  31-36
    3.2.3 稀土镧、铈组分的掺杂对晶型和TiO_2分散性的影响  36-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章 光催化降解甲醛的实验研究  41-57
  4.1 实验方法  41-43
  4.2 实验原理  43-44
  4.3 结果与讨论  44-51
    4.3.1 焙烧温度对降解率的影响  44-46
    4.3.2 晶粒尺寸对降解率的影响  46-47
    4.3.3 掺杂组分对降解率的影响  47-48
    4.3.4 掺杂组分含量对降解率的影响  48-49
    4.3.5 催化剂用量对甲醛降解率的影响  49-50
    4.3.6 溶液初始浓度对光催化反应的影响  50-51
  4.4 掺杂纳米TiO_2的抗菌性初步试验研究  51-56
    4.4.1 抗菌原理  52-53
    4.4.2 试验与评价方法  53-54
    4.4.3 结果与讨论  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章 全文结论  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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