【正文】 ............................................................................................ 16 光催化降解實(shí)驗(yàn) ................................................................................................. 17 實(shí)驗(yàn)方法 ................................................................................................... 17 分析方法 ................................................................................................... 18 處理溶液 pH 的影響 .......................................................................................... 19 光催化時(shí)間影響 ................................................................................................. 20 小結(jié) ..................................................................................................................... 21 結(jié) 論 ............................................................................................................................. 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 23 致 謝 ............................................................................................................................. 25 HEB 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒 論 引言 二氧化鈦 ，化學(xué)式為 TiO2，俗稱鈦白粉，英文： Titanium (IV) oxide。 時(shí)間安排： 20200322 至 20200328 查閱并整理二氧化鈦的相關(guān)資料，撰寫實(shí)驗(yàn)方案 ； 20200328 至 20200329 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器，配制相關(guān)溶液，試劑 ； 20200329 至 20200425 溶膠 —凝膠法制備鐵摻雜二氧化鈦 ； 20200426 至 20200515 影響 Fe/ TiO2 光催化特性的各種因素的研究 ； 20200516 至 20200531 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫、修改畢業(yè)論文 。要使 TiO2納米晶在可見光條件下表現(xiàn)出光催化活性，金屬離子摻雜是提 高 TiO2 光催化效率的有效手段。通過摻雜改性的 TiO2 能有效抑制光生電子 –空穴的復(fù)合，能在晶格中引入缺陷或改變結(jié)晶度并擴(kuò)展 TiO2 的光譜響應(yīng)范圍，提高光催化效率。 指導(dǎo)教師要求： (1)論文的內(nèi)容及工作量 達(dá)到哈商大對(duì) 本科畢業(yè)論文的要求，資料閱讀充分，方案設(shè)計(jì)合理，時(shí)間安排得當(dāng)； (2) 實(shí)驗(yàn)過程中要明確實(shí)驗(yàn)的根本目的和基本方法，將所學(xué)專業(yè)知識(shí)融入到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，并得以鞏固和提高； (3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)安排，認(rèn)真完成每一階段的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，做到有困難努力解決，有問題及時(shí)反饋，切勿耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，影響實(shí)驗(yàn)質(zhì)量； (4) 每月向老師做一次實(shí)驗(yàn)總結(jié)，包括已完成內(nèi)容、下一步試驗(yàn)計(jì)劃及所遇到的問題，培養(yǎng)獨(dú)立思考問題和解決問題的能力。 多用于光觸媒、化妝品，能靠紫外線消毒及殺菌， 白色固體或粉末狀的兩性氧化物，易結(jié)合在一起。 納米 TiO2光催化機(jī)理 實(shí)驗(yàn)證明：二氧化鈦晶體有三種結(jié)構(gòu) ： 銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型 ， 其中銳鈦礦型 TiO2具有較好光催化作用 ， 屬 N 型半導(dǎo)體。因此，如何減少光生載流子（ e、 h+）的復(fù)合幾率、擴(kuò)展 TiO2催化劑的光響應(yīng)范圍至可見光區(qū)，提高對(duì)太陽能的利用效率的有效途徑是對(duì) TiO2催化劑表面進(jìn)行修飾。常見的貴金屬有 Pt、 Pd、 Au、 Ag、 Ru等。 Ozer 等研究過過羥HEB 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 丙基纖維素（ HPC）和鎳鈦菁（ NiPC）共飾的電極光譜響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其光電流作用譜圖不同于單純的 TiO2和 NiPC 的吸收光譜，在 550nm 處出現(xiàn)一個(gè)極大的響應(yīng)峰。 Vogel R 等將窄禁帶的半導(dǎo)體 CdS 引入寬禁帶半導(dǎo)體二氧化鈦形成復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑。在光照作用下 ， 因摻雜引起的電子躍遷的能量要小于禁帶寬度 Eg， 而且摻雜電子濃度較大故其光譜響應(yīng)向可見光方向移動(dòng)。常用的有機(jī)染料敏化劑有硫堇、曙紅、葉綠素、 Ru32+(byp)、赤蘚紅 B等。對(duì)室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲苯等的研究結(jié)果表明，光催化劑可以很好地降解這些物質(zhì)，其中納米 TiO2的降解效果最好，幾乎達(dá)到 100%。天津化工研究設(shè)計(jì)院、天津大學(xué)化工系霍愛群、譚欣等用納米 TiO2膜光催化成功地降解了廢水中的阿特拉津。在玻璃上涂一薄層 TiO2，光照射 3 h 達(dá)到了殺死大腸桿菌的效果，毒素的含量控制在 5%以下。要使 TiO2納米晶在可見光條件下表現(xiàn)出光催化活性，金屬離子摻雜是提高 TiO2光催化效率的有效手段。 表 21 實(shí)驗(yàn)所用主要設(shè)備 儀器設(shè)備名稱 型號(hào) 生產(chǎn)廠家 強(qiáng)磁力攪拌器 電子天平 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 臺(tái)式離心機(jī) 紫外燈 馬弗爐 分光光度計(jì) EMS1 DHG9123A TDL802B S27 721 天津市歐諾儀器儀表有限公司 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 上海一恒科學(xué)儀器有限公司 上海安亭科學(xué)儀器廠 飛利浦照明 德國納博熱機(jī)集團(tuán) 上海光譜儀器制造有限公司 具體實(shí)驗(yàn) 試劑 見表 22。 圖 21 TiO2 和 FeTiO2 的制備 流 程 圖 正交實(shí)驗(yàn)確定制備 TiO2各藥品配比 本實(shí)驗(yàn)以制備所得 TiO2對(duì)羅丹明 B 的脫色率為依據(jù)評(píng)價(jià)制備成果，此處實(shí)驗(yàn)?zāi)康?為 得出各 試劑 最 佳配比。選用 L9(34)正交表，正交表頭設(shè)計(jì)如表 25。 鍛燒溫度的影響 催化劑的鍛燒是催化劑晶粒形成和生長的過程，它是催化劑制備的關(guān)鍵過程之一，其中鍛燒溫度對(duì)催化劑的活性影響很大。 鍛燒時(shí)間的影響 由 FeTiO2催化劑的光催化效果影響是比較大的。 摻鐵量 W(Fe3+/ TiO2)的影響 通過摻雜金屬離子 Fe3+來對(duì)二氧化鈦光催化劑進(jìn)行改性，結(jié)合 的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道 W (Fe3+/TiO2)對(duì) FeTiO2催化劑的光催化效果影響是比較大的。所以鐵的最佳摻雜量 W(Fe3+/TiO2)為 % 。 此外，從 Fe3+和 Ti4+的氧化還原電位電動(dòng)勢(shì)32/ 0 .7 7 1Fe FeEV???，43/ FeEV???可知，相對(duì)于 Ti4+和 Ti3+， Fe3+具有更高的氧化還原勢(shì) 能，容易接受電子被還原，更容易成為光生電子的捕獲位，從而有利于電荷的有效分離，降低了電子和空穴的復(fù)合率。四價(jià)的鈦離子被替代后，提高了 TiO2晶格內(nèi)部和表面氧空位。 采用分光光度法測(cè)定羅丹明 B 溶液吸光度來確定其濃度。由表 31 和圖 33 可看出，催化劑 FeTiO2相對(duì)純 TiO2光催化效果要好，但是兩種催化劑光催化效果受 羅丹明 B 溶液 pH 的影響是基本一致的。因而酸性越大，羅丹明 B 的脫色率就越高。說明了摻雜 Fe3+對(duì)提高 TiO2的光催化性質(zhì)有較好的效果。還有教過我的所有老師，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不茍一格的思路給予我無盡的啟迪。 HEB 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 參考文獻(xiàn) [1] 高春華，黃新友．納米 TiO2光催化在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 [J]．納米科學(xué)與產(chǎn)業(yè)， 2020，(7)： 68~71 [2] 鄭琦，陳恒初，王靖宇 ， 等．鐵摻雜納米二氧化鈦溶膠的制備及性能研究 [J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2020， 30(4)： 14~18 [3] 宋來洲，張文茂． TiO2納米膜光催化降解有機(jī)污染物的研究 [J]．燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，2020， 27(4)： 328~330 [4] 孫曉君，蔡偉民，井立強(qiáng) ， 等，二 氧化鈦半導(dǎo)體光催化技術(shù)研究進(jìn)展 [J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 33(4)： 534~541 [5] 尹荔松，沈輝．二氧化鈦光催化研究進(jìn)展及應(yīng)用 [J]．材料導(dǎo)報(bào)， 2020， 14(12)：23~25 [6] 于向陽，程繼健，杜永娟 ．二氧化鈦光催化材料 [J].化學(xué)世界， 2020,11:567~570 [7] 沈耀良，王惠民．納米材料與 TiO2光催化廢水處理技術(shù) [J]．江蘇環(huán)境科學(xué)， 2020，13(3)： 13~15 [8] 王君，韓建濤，郭寶東． TiO2 功能材料應(yīng)用研究進(jìn)展 [J]．鈦工業(yè)進(jìn)展， 2020，21(5)： 11~15 [9] 陳琦麗，唐超群，肖循． TiO2納米微粒的溶膠凝膠法制備及 XRD 分析 [J]．材料科學(xué)與工程 ， 2020， 20(2)： 224~226 [10] 董素芳，趙素梅．溶膠 — 凝膠法制備二氧化鈦凝膠的影響因素分析 [J]．現(xiàn)代技術(shù)陶瓷， 2020， 3： 10~12 [11] 程小蘇，曾令可，黃浪歡 ， 等．光催化的制備過程與配方優(yōu)化 [J]．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 31(2)： 14~18 [12] . Influence of chemisorption on the pHotodeposition of salicylic acid and related pounds using suspended TiO2 ceramic membranes. J. PHys. Chem.，1991， 95： 3399~3410 [13] 鐘敏，韋之豪，司平占，等．摻鐵二氧化鈦納米晶的制備及其光催化性能 [J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)， 2020， 38(1)： 68~73 [14] K Niu， H Chu， ZB Ni et al． Preparation of ordered mesoporous TiO2 and its photocatalytic activity[J]． Nanoengineering and Nanosystems， 2020， 221， 133~137 [15] Giuseppe Cappelletti， Silvia Ardizzone， Claudia L. Bianchi et al． Photodegradation of Pollutants in Air: Enhanced Properties of NanoTiO2 Prepared by Ultrasound[J]. HEB 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 Nanoscale Research Letters， 2020， 1， 97~105 [16] Jun Wang， Ronghe Li， Zhaohong Zhang et al. Degradation of Hazardous Dyes in Wastewater using Nanometer Mixed Crystal TiO2 Powders under Visible Light Ir