介孔型光催化剂的制备及其性能研究

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近年来,人们面临着环境污染日益严峻和能源危机两大难题。因此,利用高效、洁净、低能耗、无二次污染的光催化技术去除污染物成为研究的热点。TiO2作为一种光催化剂受到人们的广泛关注。但是,TiO2是一种宽带隙半导体(3.2eV),限制了其在可见光催化领域的应用;同时,TiO2光生电子-空穴对的复合几率高,因而光催化效率较低。为了提高光催化效率,TiO2的改性研究十分重要。本文分别采用水热处理、离子掺杂和半导体复合三种手段对介孔TiO2进行改性研究,具体研究内容及结论如下:
  (1)采用溶胶-凝胶法制备纯介孔TiO2光催化剂,分别使用5种不同浓度酸碱溶液的水热处理对其进行改性,通过SEM、XRD、氮吸附-脱附等检测手段对样品进行了表征,并考察了样品在500w氙灯照射下对RB和MB的降解效果。结果表明,水热处理可以改变TiO2的表面形貌,处理后TiO2的表面变得粗糙,比表面积增大,孔径减小,较小浓度的酸碱溶液的水热处理有助于TiO2晶粒的生长,而较大浓度的碱处理会阻碍TiO2晶粒的生长。相比于未处理的介孔TiO2,酸溶液水热处理后(450℃烧)TiO2对RB的降解效果较好;5种溶液水热处理后(未烧)的TiO2对MB的吸附效果都比较好,而0.1mol/LHCl处理后(450℃)的TiO2对MB的光催化效果较好。
  (2)采用一步溶胶-凝胶法制备了介孔Fe2O3/TiO2光催化剂,通过SEM、XRD、氮吸附-脱附、荧光、UV-visDRS等检测手段对样品进行了表征,并考察了样品在500W氙灯照射下对BPA、RB、MB的降解效率。结果表明,介孔Fe2O3/TiO2光催化材料中的TiO2主要以锐钛矿的形式存在;随着掺铁量的增加样品的比表面积逐渐增大,吸收边发生红移,光生电子-孔穴对的复合几率降低,量子效率得到提高。其中,掺铁量为3%的Fe2O3/TiO2对BPA的降解效果最好。
  (3)采用一步溶胶-凝胶法制备了CdxZn1-xS/TiO2光催化剂,通过SEM、XRD、UV-visDRS等检测手段对样品进行了表征,并考察了样品在500W氙灯照射下对BPA、RB、MB的去除效果。结果表明,CdxZn1-xS成功的掺入到TiO2中;样品中的TiO2主要以锐钛矿的形式存在,掺入CdxZn1-xS后有相应的新衍射峰出现,同时可以扩展TiO2的可见光响应。ZnS/TiO2对BPA的降解效果最好,Cd0.8Zn0.2S/TiO2对RB和MB的降解效果最好。
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