【正文】 2催化溫度為 450500 攝氏度、催化時間為12 小時、催化劑用量為 10mg/L 等，則催化效果最好。因而為了提高光 生電子和空穴的分離效率必須減少其內(nèi)部缺陷。由于置換缺陷的存在，可產(chǎn)生活性中心，使反應(yīng)活性增加。晶格缺陷也直接影響著 TiO2 的催化活性，當(dāng)有微量雜質(zhì)元素?fù)饺刖w中時，可以形成雜質(zhì)置換缺陷。與此同時，納米 TiO2粒徑越小、 尺寸分布越窄、團(tuán)聚越少，光催化活性越好。 影響納米活性 TiO2超聲催化降解的因素有很多，主要有以下幾個方面： TiO2 本身的晶型結(jié)構(gòu)、粒徑大小及其尺寸分布、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、表面狀態(tài)，溶液的 pH，染液初始濃度，煅燒溫度，催化時間，催化劑用量，摻雜的離子。 OH (9) 圖 納米二氧化鈦光催化機(jī)理示意圖 光催化優(yōu)勢及影響因素 二氧化鈦光催化劑具有氧化活性高、深度氧化能力強(qiáng)、活性穩(wěn)定、抗?jié)裥院煤蛷?qiáng)力殺菌等優(yōu)異性能，其本身可以用太陽光作為潛在的激發(fā)光源，反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行，具有不產(chǎn)生二次污染、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，為利用太陽能消除環(huán)境污染提供了一條很好的途徑。 OH + OH + O2 (7) 3)光生空穴與水的作用 h+ + 2H2O → HO2 (5) 5 2反應(yīng)式如下： 1)光致電子 空穴對的產(chǎn)生： TiO2 + hv → h+ + e – (1) 2)光生電子與水的作用： O2 + e → O2+ O + O22 – (2) 2O2 + 2H2O → 2H2O2 +O2 (3) H2O2 + e → 大多數(shù)光催化氧化反應(yīng)是直接或間接利用空穴的氧化能。半導(dǎo)體 TiO2的禁帶寬度為 ，當(dāng)二氧化鈦被波長小于 385nm 的光照射時 ，能夠被激發(fā)產(chǎn)生光生電子 空穴對，激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價帶空穴又能重新復(fù)合，但當(dāng)存在合適的俘獲劑或表面缺陷態(tài)時，電子和空穴的復(fù)合得到抑制，在它們復(fù)合之前， 就會在催化劑表面發(fā)生氧化 還原反應(yīng)。一些在常溫下反應(yīng)速度很慢的熱力學(xué)反應(yīng)，在水熱條件下可以實現(xiàn)反應(yīng)快速轉(zhuǎn)化。 （ 2） 水熱法水熱反應(yīng)過程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。其原理是以鈦醇鹽或鈦的無機(jī)鹽為原料，經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、煅燒得到納米二氧化鈦粒子。主要有溶膠 凝膠法、水熱法、沉淀法等。四氯化鈦氫氧火焰法制得的納米二氧化鈦粒子晶型為銳鈦礦和金紅石的混合型，該工藝優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高達(dá) %，粒徑小、比表面積大、分散性好、團(tuán)聚程度小，可用作電子化工材料，制備工藝成熟，生產(chǎn)過程較短，自動化程度高；缺點(diǎn)是反應(yīng)過程溫度較高，生成 HCl使設(shè)備腐蝕嚴(yán)重， 4 對材質(zhì)要求高，需要精確控制工藝參數(shù)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是自動化程度高，可以制備出優(yōu) 質(zhì)的二氧化鈦粉體；缺點(diǎn)是二氧化鈦粒子遇冷結(jié)疤的問題較難解決，對設(shè)備要求高，技術(shù)難度大，在生產(chǎn)過程中排出有害氣體 Cl2，對環(huán)境污染嚴(yán)重。 A、氣相法 氣相法是直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。但是，由于存在太陽光利用率低、催化反應(yīng)效 率不高的缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。為了探索超聲化學(xué)反應(yīng)中無機(jī)氧化物摻雜是否有同樣的作用，本研究以水溶性偶氮染料的代表性化 合物— 羅丹明 B為研究對象，采用實驗室合成的 ZnO摻雜 TiO2作催化劑，以紫外光降解羅丹明溶液，來證明它的可行性 。另外，某些情況下，光能催化的化學(xué)反應(yīng)，超聲波往往也能勝任，如光動力化學(xué)療法中所采用的光敏劑往往也適用于聲動力化學(xué)療法。但如人們所知，除 X光外，任何波長的光 線對非透明物質(zhì)的穿透能力都是很低的，一般只有幾 mm，如果用光結(jié)合 TiO2催化劑處理渾濁或透明度很低的廢水，則光的利用率很低。在眾多的半導(dǎo)體光催化劑材料中， TiO2 具有價廉、無毒、穩(wěn)定等特性，在光的作用下具有很強(qiáng)的氧化能力，最終可使水溶性 3 偶氮染料等有機(jī)污染物完全氧化生成 CO H2O 及其他如 NO SO4 PO43和鹵素等無機(jī)離子 [3]。因其結(jié)構(gòu)中含有對生物呈強(qiáng)抑制作用的苯環(huán)高共軛體系，難以被一般方法降解為無毒小分子，從而成為難降解污染物之一。已有企業(yè)將納米 TiO2等制成調(diào)色劑，在漿內(nèi)或涂料中使用，不但能提高白度，而且使染色更容易，色彩更鮮艷，提高了有機(jī)顏料的耐熱性和氧化性能，使紙張顏色更穩(wěn)定而不易返黃。將其加入到紙張涂料中，能提高紙張涂層的耐老化性，并有效保持紙層結(jié)構(gòu)，減緩紙張因光照老化的速度。將納米 TiO鉻黃、氧化鐵紅等添加到化學(xué)纖維中，可以制成耐光的亞光高白紙，以及色彩鮮艷的有色紙，并且可以達(dá)到抗紫外線的效果。其粒度細(xì)小均勻，對紙機(jī)磨損小，具有如高蔽光性、高強(qiáng)度、高白度等許多優(yōu)點(diǎn)，能使用更多的填料而降低紙品成本，所抄的紙張更均勻、平整，吸油值高，使彩色紙的顏色牢固性得到提高。將納米二氧化鈦粉體以 %% 的量摻入漿中，制作的特種紙即具有優(yōu)良的耐磨、抗水、耐腐蝕作用和良好的靜電屏蔽作用，大大降低靜電效應(yīng)， 從而大幅提高了包裝產(chǎn)品的安全系數(shù)。陳慧文等用納米 TiO2 粉體生產(chǎn)光觸媒抗菌紙，具有良好的抗菌性能。另外，納米二氧化鈦還能使癌細(xì)胞失活，為治療惡性腫瘤提供了一條途徑。納米二氧化鈦不僅能影響細(xì)菌繁殖力，而且能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底降解細(xì)菌，防止內(nèi)毒素引起二次污染。從垃圾堆放場流出的滲濾液，可滲透到地下，對地下水引起嚴(yán)重的污染，所以對垃圾堆放場滲濾液的污染處理是環(huán)境治理的一個重要方面。在垃圾堆放場中，通常含有各種有機(jī)污染物，需要對其進(jìn)行無害化處理，而采用一般的生物法處理技術(shù)，對有些污染物難于降解。而且光催化氧化法降解有機(jī)廢水設(shè)備工藝簡單，氧化能力強(qiáng)，具有可利用太陽光、能耗低、無二次污染等特點(diǎn)，故 在水的深度處理和含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水處理方面有很好的應(yīng)用前景，主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：有機(jī)膦農(nóng)藥廢水處理、氯代有機(jī)物廢水處理、含油廢水處理、毛紡染整廢 水處理、礦井水處理等。對于廢水中濃度高達(dá)幾千毫克每升的有機(jī)污染物體系，光催化降解均能有效地將污染物降解 去除，達(dá)到規(guī)定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2） 在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用 [1,7,10] 研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦能有效的對鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機(jī)酸類、硝基芳烴、取代苯胺、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、烴類、酚類、染料、表面活性劑、農(nóng)藥等進(jìn)行光催化反應(yīng)，最終生成無機(jī)小分子物質(zhì)。 LuoDanMing B III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................... 1 ABSTRACT ......................................................................................................................... 1 1 前言 ................................................................................................................................... 1 納米二氧化鈦及其光催化的 現(xiàn)狀與應(yīng)用前景 ...................................................... 1 納米二氧化鈦在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用 ............................................................ 1 納米二氧化鈦的光催化研究進(jìn)展 ................................................................ 3 制備納米二氧化鈦的不同方法 .............................................................................. 3 納米二氧化鈦光催化機(jī)理與 優(yōu)點(diǎn) .......................................................................... 4 光催化機(jī)理 .................................................................................................... 4 光催化優(yōu)勢及影響因素 ............................................................................... 5 光降解對象羅丹明 B 的簡介 ................................................................................. 6 TiO2的改性研究及 存在的問題 .............................................................................. 7 改性 TiO2的不同手段 ................................................................................... 7 二氧化鈦的摻雜改性研究 ........................................................................... 7 本課題研究內(nèi)容 ...................................................................................................... 7 2 實驗 ................................................................................................................................... 9 實驗儀器 .................................................................................................................. 9 實驗試 劑 ................................................................................................................. 9 TiO2粉末的制備及摻雜改性 .................................................................................. 9 溶膠 凝膠法制備 TiO2 .................................................................................. 9 摻雜 ZnO 改性納米 TiO2 ............................................................................ 10 納米 TiO2光催化降解羅丹明 B 的性能研究 ..................................................... 16 實驗內(nèi)容 ..................................................................................................... 16 結(jié)果與討論 ................................................................................................. 17 小結(jié) ............................................................................................................. 21 摻雜 ZnO 的納米 TiO2光催化降解羅丹明 B 的性能研究 ................................ 22 實驗內(nèi)容 ..................................................................................................... 22 結(jié)果與討論 ...................................