納米二氧化鈦光催化及其在污水處理分析檢測中的應(yīng)用研究報告報告

1、納米二氧化鈦光催化及其在污水處理與分析檢測中的應(yīng)用研究【摘要】：以太陽能化學(xué)轉(zhuǎn)換和儲存為主要背景的半導(dǎo)體光催化特性的研究始于1917年，1972年Fujishima和Honda在Nature雜志上發(fā)表了TiO_2電極光分解水的科研成果，標(biāo)志著光催化新時代的開場。之后，來自化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的學(xué)者圍繞太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存，探索多相光催化過程的原理，致力于提高光催化效率，并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。至今，光催化已經(jīng)滲透到材料、能源、環(huán)保、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生和分析檢測等多個領(lǐng)域，成為當(dāng)今科學(xué)研究中的一大熱點。但直到目前，納米二氧化鈦光催化機理還不十分清晰，納米氧化物光催化性能的評估標(biāo)準(zhǔn)也有待于建立。本論文制備了納米

2、二氧化鈦薄膜和粉體材料，在研究其光催化機理的根底上，拓展了其在污水處理和分析檢測中的應(yīng)用。全文共分五個局部：I緒論（第一章）本章分為納米材料、納米二氧化鈦材料的構(gòu)造與性能、納米二氧化鈦材料光催化機理的研究和納米二氧化鈦材料光催化的應(yīng)用四個局部。簡要綜述了納米材料的特性，在此根底上著重綜述了納米二氧化鈦的微觀構(gòu)造與其紫外屏蔽性能、光催化性能、隨角異色效應(yīng)和超外表雙親性等重要特性；詳細(xì)綜述了納米材料光催化過程的原理、影響因素及提高光催化活性的可行性生手段；對納米二氧化鈦材料光催化技術(shù)在有機物降解、無機物處理，殺滅微生物、分析測試中的應(yīng)用也進展了詳細(xì)綜述。HTiO_2薄膜與粉體材料的制備與表征（第二

3、章）本章分別采用溶膠-凝膠法、陰極電沉積法和納米粉體材料直接涂布法制備了三種納米TiO_2薄膜。實驗結(jié)果說明，溶膠-凝膠法和陰極電沉積法都具有儀器簡單，操作便易，成膜穩(wěn)定，晶型易控制且都具有較好的光透性能等特點，其中，溶膠-凝膠法可以制備較厚的膜，因而具有更寬的適用X圍。但因兩者薄膜所含納米材料較少，外表積有限，光催化速度受到很大限制。納米粉體材料直接涂布法那么彌補了此方面的缺乏，通過PC-08丙醋膠乳將納米材料低溫粘附于球形分子篩外表，具有較高的穩(wěn)定度并保持了原有納米材料的晶型構(gòu)造，表現(xiàn)出較高的光催化活性，適用于污水處理。田納米二氧化鈦光催化機理的研究（第三五章）第三章建立并改良了納米TiO

4、_2粉體材料光催化體系，開展了光催化過程中氧化性中間體協(xié)同作用的研究。本章用分光光度法和高效液相色譜電化學(xué)檢測方法（HPLC-ED）考察了該體系中甲基橙的降解、I-的氧化和水楊酸的羥基化過程。實驗結(jié)山2004屆博士學(xué)位論文中文摘要果說明納米TIO:光催化過程是光生空穴與輕基自由基等強氧化性中間體協(xié)同作用的結(jié)果。量子效率是表征光催化反響的一項重要參數(shù)，但是對于引發(fā)光催化反響的氧化性中間體是光生空穴抑或是輕基自由基一直存在爭議。在第四章中首次引入了有效氧化性中間體及其量子效率（中。x）這一概念，用以評價光催化反響的效果。有效氧化性中間體包括經(jīng)基自由基和直接參與有機物氧化降解的光生空穴。本文采用電化

5、學(xué)方法，以葡萄糖作為氧化性物質(zhì)捕捉劑，研究了光催化過程中產(chǎn)生的光生電流，并求得了有效氧化性中間體的量子效率。研究結(jié)果說明，少ox受外加電壓、葡萄糖濃度和溶液pH的影響，據(jù)此對實驗條件進展了優(yōu)化。第五章用電化學(xué)方法對Tio：的禁帶寬度進展了測定。工作中以可見一紫外分光光度計光源（氖燈）為激發(fā)源，用CHI660A電化學(xué)工作站記錄不同波長照射時光生電流變化情況，考察了激發(fā)電子躍遷的臨界波長，并據(jù)此計算了納米TIO:的禁帶寬度，方法具有儀器簡單，測試速度快等優(yōu)點。第六章利用水熱法制備了Cu(II)摻雜的納米TioZ,并用x射線衍射分析儀(x盼)和掃描電鏡(SEM)對其進展了表征。將該材料固定于球形分子

6、篩外表作為催化劑，在流動式圓筒反響器中對羅丹明6G(R6G)和印染污水進展處理，表現(xiàn)出優(yōu)良的光催化性能，說明Cu(n)B雜是提高納米Tio：紫外光催化性能的一種有效途徑。第七章將三電極恒電位電化學(xué)體系應(yīng)用于TIO:光催化系統(tǒng)，建立了電化學(xué)輔助光催化系統(tǒng)，在光催化體系中以環(huán)境友好的方式產(chǎn)生強氧化劑HZOZ,提高了單純TIO:光催化體系的光催化性能。該系統(tǒng)在含有機物污水降解處理過程中表現(xiàn)出很高的光催化活性。處理0.5h后，嗅鄰苯三酚紅(Brom叩yrogallolRecJBPR)的最大吸收峰降低了90%以上，染料廢水的COD舊OD,比值由2.1下降到1.2,提高了其生物可降解能力。說明本工作建立的

7、電化學(xué)輔助光催化系統(tǒng)可以經(jīng)濟有效地改善納米氧化物的光催化過程，是處理難生物降解污水的一種可行性方案。第八章建立了一套納米氧化物粉體材料評估裝置。該裝置以llw紫外燈為激發(fā)光源，選擇甲基橙為降解底物，對納米粉體的光催化性能表現(xiàn)出良好的區(qū)分能力。實驗發(fā)現(xiàn)甲基橙在該體系中的降解為一級反響過程，通過測定一定反響時間后的吸光度值A(chǔ)T,可以簡便、快速評價納米材料光催化活性。本方法具有操作簡便、本錢低、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，不僅可以方便的研究納米氧化物粉體材料光催化降解有機污染物的最正確反響條件，也為建立納米山2004屆博士學(xué)位論文中文摘要氧化物材料光催化性能評估方法和評估標(biāo)準(zhǔn)進展了有益嘗試，在納米氧化物材料研制

8、、生產(chǎn)、使用?【關(guān)鍵詞】：納米材料二氧化鈦光催化量子效率化學(xué)需氧量摻雜【學(xué)位授予單位】：華東師X大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2004【分類號】：X703;X832【目錄】：摘要9-12英文摘要12-15第一章緒論15-511.1納米材料16-191.1.1納米材料的定義16-171.1.2納米材料的分類171.1.3納米材料的特性17-191.2內(nèi)米二氧化鈦材料的構(gòu)造與性能19-251.2.1TiO_2的構(gòu)造19-221.2.2納米TiO_2材料的特性22-251.3納米二氧化鈦材料光催化機理的研究25-401.3.1TiO_沈催化原理26-291.3.寵內(nèi)米TiO_2材料光催化活

9、性的影響因素29-331.3.3提高TiO_2光催化活性的方法33-391.3.4光催化過程條件的優(yōu)化39-401.4納米二氧化鈦材料光催化的應(yīng)用40-481.4.1氧化降解有機物40-431.4.2無機污染物處理43-441.4.3殺滅微生物44-461.4.4新測試方法研究46-481.5本論文的工作及意義48-51第二章TiO_2薄膜與粉體材料的制備與表征51-652.1前言512.2TiO_2薄膜的制備方法51-572.2.1溶膠-凝膠法52-532.2.2電化學(xué)方法53-552.2.3氣相沉積法552.2.4直接熱氧化法552.2.5二氧化鈦粉末制膜55-562.2.喇理方法56-5

10、72.3實驗局部57-592.3.1TiO_2薄膜的制備57-582.3.2TiO_2粉體材料的制備58-592.3.3TiO_2薄膜與粉體材料的表征592.4結(jié)果與討論59-642.4.1TiO_2材料的表征59-632.4.2納米TiO_2粉體材料的固定632.4.3三種成膜方法的比擬63-642.5結(jié)論64-65第三章二氧化鈦光催化過程中氧化性中間體協(xié)同作用的研究65-743.1前言65-663.2實驗局部66-683.2.1儀器與試劑66-673.2.2TiO_2懸浮光催化體系673.2.3光催化反響產(chǎn)物的檢測67-683.3結(jié)果與討論68-733.3.1光催化過程中吸收的光子數(shù)683

11、.3.2甲基橙光催化效果評估68-693.3.沈催化過程中羥基自由基的測定69-713.3.4KI在TiO_2光催化體系中的光催化氧化71-723.3.5光催化過程中氧化性中間體的協(xié)同作用72-733.4結(jié)論73-74第四章二氧化鈦光催化過程中有效氧化性中間體及其量子效率的研究74-824.1前言74-754.2實驗局部75-764.2.1實驗試劑754.2.2TiO_2薄膜電極的制備與表征754.2.3實驗儀器75-764.3結(jié)果與討論76-814.3.1TiO_2#膜電極的表征764.3.2光電流的產(chǎn)生76-774.3.3有效氧化性中間體量子效率77-784.3.4實驗條件的優(yōu)化78-81

12、4.3.5TiO_2光催化反響過程的氧化性中間體的量子效率及其應(yīng)用814.4結(jié)論81-82第五章光電轉(zhuǎn)換在納米二氧化鈦禁帶寬度測定中的應(yīng)用研究82-895.1前言82-835.2實驗局部835.2.1試劑與儀器835.2.2實驗裝置835.2.3TiO_2薄膜電極的制備及其表征835.3結(jié)果與討論83-885.3.1TiO_2膜電極的形貌及晶型表征835.3.2TiO_2薄膜電極紫外-可見光譜表征83-855.3.3TiO_2#膜電極共振光散射855.3.4納米二氧化鈦電極光電流信號研究85-875.3.5禁帶寬度的計算87-885.3.6pH對禁帶寬度的影響885.4結(jié)論88-89第六章銅（

13、H）摻雜納米二氧化鈦紫外光催化性能的研究89-976.1前言89-906.2實驗局部90-916.2.1實驗儀器和試劑90622Cu(p)摻雜納米TiO_2的制備、表征及其固定906.2.3流動式圓筒反響器及污水處理過程90-916.2.4污水處理過程中相關(guān)參數(shù)的檢測916.3結(jié)果與討論91-96631CuQ)摻雜納米TiO_2的表征91-926.3.2Cu()摻雜納米TiO_2材料的固定92-93633CuQ)摻雜納米TiO_2材料光催化93-956.3.4印染污水的光降解處理95-966.4結(jié)論96-97第七章電生H_2O_-2納米TiO_2光催化體系在污水處理中的應(yīng)用研究97-1057.

14、1前言97-987.2實驗局部98-1007.2.1試劑與儀器987.2.2實驗裝置98-997.2.3光催化反響997.2.4樣品分析與檢測技術(shù)99-1007.3結(jié)果與討論100-1047.3.1電化學(xué)輔助TiO_2光催化體系中.OH的產(chǎn)生100-1017.3.藻統(tǒng)中H_2O_2的累積101-1027.3.電化學(xué)輔助納米TiO_2光催化系統(tǒng)對BPR的催化降解研究102-1037.3.4亥體系在染料廢水處理中的應(yīng)用103-1047.4結(jié)論104-105第八章納米氧化物粉體材料光催化性能評估方法的研究及其應(yīng)用105-1208.1前言105-1088.2根本原理108-1098.3實驗局部109-1118.3.1儀器與試劑109-1108.3.2實驗方法1108.3.3試樣分析110-1118.4結(jié)果與討論111-1188.4.1評估優(yōu)化條件選擇111-1168.4.2方法的重現(xiàn)性116-1178.4.3甲基橙光催化降解的動力學(xué)過程117-1188.5方法的應(yīng)用118-1198.6結(jié)論119-120第九章TiO_2光催化傳感器的制備及其在化學(xué)需氧量測定中的應(yīng)用研究120-1289.1引言120-1219.2實驗局部121-1239.2.1實驗試劑121-1229.2.2TiO_