二氧化钛纳米粒子的修饰及其性能分析

• 作 者: 刘海龙
• 机 构: 南京师范大学
• 出 处: 南京师范大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 邻苯二甲酸 罗丹明B 二氧化钛 纳米粒子 废水处理 光催化降解

随着工业生产的迅速发展,大量的废物不断排入自然界,严重威胁着人类的健康和生命,因此,“三废”问题就成了人们函待解决的问题。目前光催化氧化技术成为处理废水污染的方法中最有前景的一种。光催化过程是通过光催化降解的方法,把有机污染物矿化分解为水,二氧化碳和无毒害的有机酸。半导体例如TiO2、ZnO、CdS等光催化剂一直用来光催化降解污染物,其中二氧化钛具有化学性质稳定,价廉易得,无毒等优点,但是也存在一些缺陷,二氧化钛光催化剂的光生电子一空穴对的再复合率高,量子效率偏低,光催化性能不突出。二氧化钛(锐钛矿型)的吸收带隙为3.2 eV,其对应的吸收波长为387nm,只能利用占太阳光谱范围4％的紫外光部分,对太阳光的有效利用率低和较低的光量子效率是限制光催化实用化和工业化的主要原因。因此,对纳米二氧化钛的改性研究,降低催化剂的光生电子一空穴的复合率,提高其催化性能和对太阳光的利用率具有重大的研究意义。　　
目前,人们在二氧化钛光催化剂的改性上做了大量研究,研究表明,通过对半导体二氧化钛沉积贵金属、掺杂离子、有机染料光敏化以及表面修饰处理等方法提高稳态光降解量子效率及光催化性能。　　
本文采用sol-gel法制备了纳米氧化钛(TiO2),并用邻苯二甲酸(o-PTA)对TiO2进行敏化修饰,得到了邻苯二甲酸敏化纳米氧化钛(o-PTA/TiO2)催化剂。傅里叶变化红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、荧光发射光谱(FL)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)等技术表征的结果显示邻苯二甲酸已被成功地修饰到TiO2表面,促使TiO2的电子.空穴对发生分离,有效地降低了它们的载流子的复合几率。　　
以罗丹明B(RhB)为催化降解目标物,采用紫外/可见光谱(UV-Vis)法和荧光光谱(FL)法以及高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)对催化降解RhB的产物进行研究,结果显示,在可见光下TiO2催化降解RhB时,是直接矿化RhB；同条件下o-PTA/TiO2催化降解RhB时,是分步降解。对两种光催化路径的探究,可以为光催化降解以RhB为代表的一系列染料提供了理论基础。　　
另外,以光催化Cr(Ⅵ)转化成毒性更低的Cr(Ⅲ)的反应体系为研究对象,研究了o-PTA/TiO2催化剂对Cr(Ⅵ)的光催化还原反应。在不同的气氛下,对Cr(Ⅵ)的光催化还原效果不同,发现在还原过程中有光生H2O2生成,并对整个光还原过程的原理进行了探讨。