（学士）学位论文离子掺杂tio2光催化剂的制备及性能研究.doc

离子掺杂 TiO 2 光催化剂的制备及性能研究摘要本文以钛酸丁酯为钛源、稀土元素 Sm 为掺杂物、煤渣为载体, 采用溶胶- 凝胶法制备了掺杂型 TiO 2 光催化剂; 以紫外光为光源, 甲基橙为光催化降解目标物,考察了光催化剂的光催化活性。实验结果表明: Sm 掺杂 TiO 2 光催化剂具有较强的紫外光吸收性能, 当酞酸丁酯:无水乙醇的体积比为 1:3、煅烧温度为 500 ℃、光催化时间为 120min 、负载次数为 3次、 Sm 的掺入量为 Sm/Ti 摩尔百分比= %时,光催化效果最好,光催化降解率达到 % 。关键字光催化, TiO 2, 甲基橙,掺杂,负载 1引言自 Fujishima 和 Honda [1] 发现 TiO 2 单晶电极光分解水以来,多相光催化反应引起人们的极大兴趣。由于 TiO 2 具有化学性质稳定、难溶、无毒、价廉等优点[2], 在氮氧化合物及有机污染物的降解、水处理、杀菌、除臭、表面自洁等方面得到广泛研究与应用。但是, TiO 2 也有自身的局限性:禁带宽度约为 ,需在(近) 紫外光下才能激发产生光催化效应,对光的利用率较低;在 ns到 ps 时间范围内光生载流子就能迅速复合, 光催化效率不高等, 这些不足极大地限制了 TiO 2 的实际应用[3]。因此, 在过去的 30 多年中, 人们深入研究了 TiO 2 的改性技术,如掺杂[4] 、复合[5] 、表面增敏[6] 等,以提高其光催化效率或产生可见光活性。考虑到稀土元素具有 f 电子,易产生多电子组态,其氧化物也具有多晶型、强吸附选择性、热稳定性和电子型导电性等特点, 并在光学、电子学以及催化剂领域有着广泛的应用[7 ], 因此, 本文采用溶胶—凝胶法制备稀土 Sm 掺杂型二氧化钛光催化剂, 将制得的二氧化钛光催化剂用来光催化降解甲基橙废水, 通过测定废水吸光度考察所制得二氧化钛光催化剂的光催化性能以及光催化条件对处理效果的影响。 2 实验部分 实验原料钛酸丁脂, 分析纯; 冰乙酸, 分析纯; 硝酸, 分析纯; 无水乙醇, 分析纯;氧化钐,分析纯; 30% 双氧水, 分析纯; 甲基橙, 分析纯。 实验仪器 CJJ78-1 磁力加热搅拌器, FA-2004 型电子分析天平, KS-60-63-16C 型恒温干燥箱, 722 型紫外可见光分光光度计, 马弗炉, 25w 紫外光光源。 实验方法 离子掺杂型光催化剂的制备取所需量 2/3 的无水乙醇于 100mL 的烧杯中,在搅拌的情况下分别加入冰乙酸抑制剂和钛酸丁酯,此为混合液 A 。量取剩余 1/3 的无水乙醇、 蒸馏水、以及 Sm 的硝酸溶液,搅拌均匀,此为混合液 B 。在混合液 A 搅拌半小时后逐渐缓慢加入混合液 B ,再搅拌 小时后即得到 Sm 掺杂 TiO 2 溶胶[8]。将洗净的煤渣置入配制好的溶胶中, 干燥,后在一定温度下进行热处理,即得到所需的 Sm 掺杂 TiO 2 光催化剂。 光催化性能实验取 25mL 浓度为 5 0mg/ L的甲基橙溶液于 1 00mL 烧杯中, 加入与甲基橙溶液体积比为 % 的H 2O 2, 加入 10g 所制备的二氧化钛光催化剂, 在紫外光照射下连续搅拌。每隔 20分钟取一次样, 过滤后