TiO納米管論文：改性TiO-納米管光電極制備及可見光下光電催化性能研究

ＴｉO２納米管論文:改性TiO_２納米管光電極制備及可見光下光電催化性能討論【中文摘要】ＴｉＯ２催化劑由于其成本低、無毒、活性高、無二次污染等優(yōu)點在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于去除難降解有機(jī)物。然而，其存在禁帶寬度過大（3.2eV）等缺陷，限制了其在污染治理中的應(yīng)用.通過對ＴiO2進(jìn)行過渡金屬離子摻雜能夠有效減小其禁帶寬度，拓寬光譜響應(yīng)范圍。作為內(nèi)分泌干擾物的一種，壬基酚廣泛存在于洗滌劑、紡織、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中,它能夠長期存在于自然界中,很難被生物降解，其降解始終是國內(nèi)外討論的熱點和難點。本文采納陽極氧化法制備了TiO2納米管光電極,通過電沉積對其進(jìn)行Ｗ摻雜改性,拓寬了其光譜響應(yīng)范圍，討論了W/TＮT光電極對壬基酚的光電催化降解效果.采納陽極氧化法制備了ＴiO２納米管（TNT）光電極?？疾炝酥苽潆妷?、時間、煅燒溫度等條件對TNＴ陣列的表面形貌和結(jié)構(gòu)的影響，利用掃描電子顯微鏡（ＳＥM)、Ｘ射線衍射(ＸRD）、能量散射Ｘ射線能譜（ＥDX)等手段對光電極進(jìn)行了表征.以羅丹明B為目標(biāo)污染物，考察了不同制備條件對ＴNT光電極在可見光下的光催化性能的影響。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)陽極氧化過程中的參數(shù)可以實現(xiàn)對不同尺寸和結(jié)構(gòu)的TNT光電極的可掌握備。采納電化學(xué)沉積的方法，以TNＴ陣列光電極為基體，制備了W摻雜的TiO２納米管陣列光電極。優(yōu)化了Ｗ／TＮＴ光電極的最佳摻雜條件，考察了W／TＮT光電極的光催化性能.結(jié)果表明，光電極的最佳制備條件為:沉積電壓為3Ｖ、電極間距為１ｃm、沉積液（NH4）2WO４濃度為１。0ｇ／L、沉積時間為10miｎ、煅燒處理溫度為5５０℃。W/TNＴ光電極的表征結(jié)果顯示W(wǎng)的摻雜會抑制銳鈦礦相ＴiO2晶粒的生長以及晶相轉(zhuǎn)變過程;ＸPS圖譜分析表明W元素通過摻雜進(jìn)入到了ＴiO2晶格內(nèi)部形成W-Ｔｉ—O鍵；WTＮT光電極對可見光的光譜響應(yīng)范圍發(fā)生紅移;改性與未改性TiO2納米管光電極對羅丹明B的降解效果表明，相對于未摻雜的TNＴ光電極，W／TＮT光電極對羅丹明Ｂ的降解效果更優(yōu),摻雜后的光電極具有更佳的光(電）催化活性。采納Ｗ/TNT光電極在可見光下對內(nèi)分泌干擾物壬基酚進(jìn)行光電催化降解,考察了壬基酚光電催化降解過程中的影響因素，討論了該過程中壬基酚的礦化過程.結(jié)果表明，ｐH值在中性條件下，光電極對壬基酚的光電催化降解效果最佳；隨著反應(yīng)中壬基酚初始濃度增加,Ｗ/TＮT光電極對壬基酚的降解效率逐漸下降；隨著外加偏壓的增加，壬基酚的光電催化降解效率逐漸增大,而外加偏壓高于2。0Ｖ時，進(jìn)一步增加電壓反而不利于壬基酚的降解；催化劑面積的增大，有利于光電極對壬基酚光電催化降解效果的提高.在壬基酚光電催化反應(yīng)過程中，壬基酚分子在·OH的作用下經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物，而不是被完全礦化成CO2和Ｈ2O。【英文摘要】Titａnｉuｍｄiｏxide(ＴiＯ２）ｈａsbｅenwiｄelyutilizedintｈeeｎvirｏnmｅnｔalpｒｏtectｉｏnasthephｏｔoｃaｔalyｓtfortｈedegraｄationoforganicpollutaｎtsduｅtoitsｌowcoｓt,non－toxｉcity，ｅxcｅlｌentｓtａbiｌitｙandwithoutsecoｎｄaryｐｏｌlutioｎ．Howｅver，thｅｗidｅbaｎdｇapeｎergyoｆTｉO2ｃaｔalyst（3.2eV)lｉｍitsｔhiｓphoｔoｃａt(yī)alysｔ’sapplicaｔionｉnthｅproｃｅsｓｏｆｅｎvｉｒoｎmentalprｏtectioｎ。PｈotｏelectrｏｄｅdｏpｉngcｏuldeffectｌyｄeｃreaｓetｈebandgapｅnergｙoｆTiO２ｂydopinｇwｉthtransｉｔiｏnｍｅtalelemenｔs,whicｈｃouｌdexｔenｄtheｒeｓｐoｎｓeｏfTiＯ2tｏvｉsｉbｌeｌｉgｈt．AｓonｅｏfthetypｉcａlEｎvｉrｏnmentalEndocrineDｉsruptｏrs（EEDs），NｏnylＰhenｏl（NP），hasａt(yī)ｔｒactedｇreａt(yī)ａｔtentｉonowingtotheirwidｅｌyuｓｅｄinthemanufａｃtuｒeｓｏｆdetergｅnt，texｔiｌeａnｄｐapeｒｍａｋing,whicharelonｇ-staｎdiｎgandｂio-rｅfractoｒｙｏrgaｎiｃcｏmpounｄs。Ｉtｉsofsigｎiｆｉcaｎtｉｍpｏrtancｅtodeｖeloｐnｅwtreａｔmenｔtechnoloｇiesｆoｒtｈedｅgradａt(yī)iｏｎｏfNPintheeｎｖirｏnmｅnt.Inthiswoｒｋ,theTiＯ２nａnｏtｕbe(TNT)ｐhotｏeｌecｔrodesweｒeprｅpareｄｂｙmeansｏfanodicoxｉdaｔiｏｎ。ＷdoｐedTNＴpｈoｔoeｌｅctｒodeｓｗereｆaｂｒicａt(yī)ｅdviaｅlｅctrocｈemｉcａｌdｅposiｔion，whichcｏuldexteｎｄｔhｅｒesｐoｎseｏfTｉＯ2ｐhoｔoｃaｔａlysｔｔｏvｉｓiｂｌeliｇht。ThepreｓenｔworkalsostｕｄiedtｈedegradaｔionｏfeｎdｏｃrinedｉsruｐtiｎgｃｈeｍicaｌsNＰｕsｉｎgＷ/TNTpｈoｔｏeｌectrｏdeｓ．ＴNTｐｈotｏeleｃtrｏｄeswereｐrｅparｅｄbｙｍｅaｎsoｆanodiｃoxiｄatｉｏｎprｏceｓｓwithpoｓt－cａlｃinaｔion.Thｅefｆｅctofａnodiｚａt(yī)iｏｎconditiｏnｓｉｎｃluｄiｎgａnodicvolｔage,anoｄiｃｔimeandclaｃｉｎaｔｉoｎｔｅｍpeｒatｕreonthｅmｏrｐｈoｌogyaｎｄｃｒｙstａｌstrｕｃｔｕｒeｏfphotoelectｒｏdｅｓwerestuｄied．Ｓcaｎｎinｇelectronicｍiｃrｏsｃoｐy(ＳＥＭ）,Ｘ－ｒａｙｄifｆｒaｃtion（XＲD)andEｎeｒgｙdｉｓpｅrｓiveX—raydetｅctoｒ(EDX）weｒeuseｄtocｈaracｔｅｒizethemorｐhologyａndcryｓtａlstｒｕctuｒeoｆｐhotｏｅlecｔrodes.PhotocaｔａlｙticａｃtivityoｆthｅTNTｐhｏｔoeleｃtrodesｗasｅvａluatedinteｒｍｓoｆthｅdｅｇrａｄatｉｏnｏfNＰｉnaqｕeoussolution。Ｔｈeｅffｅctｓoｆtheprepａratioｎｃondiｔｉoｎsonthepｈotoｃａｔalyticaｃtｉvｉｔywereinｖeｓtigａt(yī)edｉｎdｅtail.ThｅresｕltsindｉｃatedthatｔｈepreｐaratｉoｎofＴNＴｅｌｅctrodesｗithidealsizｅandｓｔruｃtuｒewerecontｒoｌlaｂleiｎｔｅrmｓofａdjｕｓtｍeｎtoｆtｈeａnoｄｉｚaｔｉｏｎparameteｒ。ＴhｅＷ-ｄopｅdTNTphｏtoelｅｃtrｏdewaspreｐａredｏnＴNＴphoｔｏｅｌeｃtｒodｅsubstｒateｂyeleｃtｒo—ｄepｏsiｔionmethｏｄ。TheｄｏpｉngcoｎdｉtｉｏnｓｏfＷ/TNTelecｔｒodeswｅｒｅoptiｍized。ＴheｐｈoｔocaｔalytｉcａctiｖｉtyofW/TNTｅleｃtroｄｅｓｗerｅevaluaｔedindｅtaｉl.Theｒesuｌｔｓｓｈｏwｅdthattheoｐtiｍalprｅｐaratiｏnconｄｉtiｏｎswｅredeｐositｉonｖoｌtａge3V，eｌecｔrodesｐacｉng1ｃm,（NH4)2ＷＯ4cｏｎcentration１。0g/Ｌ，ｄｅｐｏsｉtiｏntimｅ10miｎａndcａlciｎａｔｉｏｎteｍｐｅｒaturｅ５50℃。TheresulｔsoｆcｈａｒａcｔerｉzatｉonｓｈｏweｄｔhatW６+conceｎｔraｔｅｓonTｉO2cｒysｔaｌlaｔtice，ｈｉndｅｒingｂｏthtｈecｒｙｓtaｌｇｒoｗthａnｄanａt(yī)asetoruｔiｌetrａｎｓiｔion．Meａnwhile，theW6+mａｙｂeiｎcorpｏｒａｔediｎｔｏtｈｅtitａｎiaｌａｔtｉceａndreplａcｅdTi4+ｔofoｒmW－Ｏ－Tｉｂｏｎdsoｒlｏcatedatinterｓｔiｔｉａlｓiｔes．Sigｎiｆicaｎtred-shifｔinｔhｅｓpecｔrｕｍｏfＵV－vｉｓaｂsｏrptioｎwasobｓｅｒveｄ．ＴhedegrａdatiｏnｏfRhｏdamineBshowedthｅW/TＮTpｈｏｔoｅleｃtrｏｄeｓexhｉbitexｃellｅｎtphotoelｅcｔｒocheｍicaｌpｒｏperｔyａｎｄpｈoｔｏｃａt(yī)aｌytｉcａｃtivitｙuｎderｖisibｌelｉght，coｍparedｗithｎon—ｄopeｄTNＴｐhｏtｏeleｃtroｄeｓ.W—dｏｐedＴNTｐhoｔoelectroｄeｓwｅreusｅｄforｔｈeｐｈotoｅlｅctrocatalyｔic（ＰＥC)ｏｘidatｉoｎofendｏcrinedisrｕpｔinｇcｈｅｍicals-—ＮP.Theeffectsｏｆanｏdicbiａspotｅntiaｌ，inｉtialpH,aｎdinｉtｉalcoｎcentratiｏnｏfＮＰoｎthePＥCｄegraｄatioｎｏｆNPｗereiｎvestigated。TOＣａnａlyｓｉswascaｒrｉedouｔtoevaluａｔeｔheｍｉneｒalｉzatｉｏnoｆNPｏntheW／TNTｂｙtheＰECtｒeａｔｍent.IｔcanbｅseentｈａｔatneaｒlｙneuｔralnaｔurepH，ＮPｓｈowsｔhehiｇｈｅsｔdegｒａdatｉｏnefficiencｙ．Ｔherｅsｕltｉndicａt(yī)esthａｔtｈedｅgraｄａｔioneffｉcｉｅｎｃyiｓdecreasedwｉｔｈｉncreaｓiｎgtheiｎｉtiａlcｏｎcentratｉonｏｆNP。Iｔisobｓerveｄｔhａｔthｅdegrａdａt(yī)ionｅｆfｉciencyoｆＮPｉsincrｅａsｅｄwithinｃreaｓｉnｇｔheｂiasｐoｔｅntｉａlfrom０to２.0V．Ｈoｗeveｒ，wｈenｔｈeｐotｅｎtｉａｌwａｓfuｒｔhｅｒincrｅａsedtoｈｉｇhｅrthan２.0V,theＰECｄｅｇrａｄａt(yī)ｉｏｎratｅｗaｓredｕceｄ.ＴheincreａseoｆcaｔａlｙsｔareａwaｓbｅｎeficialｔｏtｈedeｇrａdatｉｏｎofNP。IｎｔheproｃeｓsofＮＰdeｇrａｄaｔion，thelowerTOCreｍｏvaｌeffiｃｉenｃymeansthatmanyＮPmoleｃuｌeｓareactuallｙdｅgrａｄｅdtointｅｒmｅdｉaｔeｓｉｎｓｔeadofminｅrａlｉzedtoＣO2andＨ2Ｏ.【關(guān)鍵詞】ＴiＯ２納米管金屬離子摻雜光電催化壬基酚【英文關(guān)鍵詞】ＴiO２naｎotｕｂeTranｓｉｔiｏnmeｔaｌｉon—dopingPｈｏtoｅｌecｔｒｏcａt(yī)alysisNoｎylＰｈｅnol【名目】改性TｉO_２納米管光電極制備及可見光下光電催化性能討論

??摘要??4-6

?

?ABＳTRACT

?６-７?

???第1章緒論??1１—２1

?

?1。1課題背景及討論的目的和意義??11-１2?

??

1。1.１課題討論背景

?１１????

１．1．2課題討論的目的及意義??11-12?

?1。２TiＯ_2納米管光催化討論進(jìn)展??12-16???

?１.２．１TｉO_2納米管制備方法??12-15?????1。２．２ＴiO_2納米管在水處理中的應(yīng)用??15—16?

???１．２。3ＴiＯ＿2催化劑存在的主要缺陷??16?????１．3ＴiO_２催化劑的改性討論現(xiàn)狀??16－17

???１.３．1ＴiO_2催化劑的改性方法??16-17

???

1．３．2改性TｉO＿2催化劑在水處理中的應(yīng)用

?1７?

???1。４內(nèi)分泌干擾物壬基酚處理技術(shù)討論進(jìn)展??１７—１9

?

??１.４．1壬基酚處理技術(shù)討論進(jìn)展

?17－19

?

?１。4.２壬基酚檢測手段討論進(jìn)展

1９???

?１.５本文的主要討論內(nèi)容

１9-2１??

?第2章實驗材料與方法??２1－３0

???２。1實驗儀器與試劑

?２1-22??

??2。1.１實驗儀器??2１

???

２.1.２實驗試劑與材料??2１-22

??

?2．２光電極的制備?

22-24????

２．２.１電極的預(yù)處理?

２２-２３??

?2。2．2二氧化鈦納米管光電極的制備??23-２4

?

??2。2．3改性二氧化鈦納米管光電極的制備??24

??

?2。３實驗方法??24—28

???

2。3．1光電催化反應(yīng)及裝置??2４—26??

??2．3。２羅丹明B的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)??2６

??２．3。3壬基酚的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)?

2６—2８?????2.4樣品表征及分析方法??28－30??

??2。４.1電極表面形貌分析??28?????2.4。2電極晶型結(jié)構(gòu)分析

?28?

???2。4。3元素組成及價態(tài)分析??28—29????

2．4.４紫外—可見漫反射汲取光譜分析??29????

2。4.５其它分析手段?

29-３０

???

第3章TｉO_２納米管光電極制備及光催化性能討論??３0－46????

３．1制備參數(shù)對TｉO＿２納米管表面形貌的影響

?3０－37??

?

３．1.１陽極氧化電壓

?３0-32?

?

３.1。2氧化時間

?３2－34??

??３.1.３制備溫度??34－35??

?3．1.4電解液組成??35-36????

3．1．５煅燒處理溫度??３６-３7???

?3.２晶型結(jié)構(gòu)分析?

３７—39???

?3.3能量散射X射線能譜分析?

３９

???3。4ＴiO_2納米管光電極光催化性能討論??３9-44????

3．4。１陽極氧化電壓對ＴｉＯ＿2納米管光催化性能的影響

39－40

???

3．４。2氧化時間對TｉＯ_2納米管光催化性能的影響?

40－4１

??

3．4。3制備溫度對TiO＿２納米管光催化性能的影響

?４1-4２?

?

?３.4。4電解液組成對ＴiＯ_２納米管光催化性能的影響

?４2—43??

??３。４。５煅燒溫度對ＴiＯ_２納米管光催化性能的影響?

43—44??

??３。5本章小結(jié)

?４4-46???

?第4章W/TiO＿2納米管光電極制備及光催化性能討論?

46-６2?????4。1Ｗ/TｉO＿２納米管光電極制備條件優(yōu)化

?46—51????

4．１。1沉積電壓

46－47

???

4.1．２電極間距??4７-４8

??

?４．1．3沉積液濃度??48-49

???4。1．4沉積時間

?４９-５0??

?

4.1．５煅燒溫度??50－51