【正文】 ，放出熱量 h e a the ?? ?? （ 6） （ ⅳ ）電子、空穴的捕獲 ??? ???? OHTihOHTi ⅣⅣ （ 7） ??? ????? HOHTihOHTi Ⅳ2Ⅳ （ 8） ?? ?? 1 a d s1 a d s RhR （ 9） ⅢⅣ TieTi ?? ? （ 10） ????? 2Ⅳ2Ⅲ OTiOTi （ 11） （ ⅴ ）游離或吸附的羥基攻擊游離或吸附的有機物 2 a d sⅣ1 a d sⅣ RTiROHTi ???? ? （ 12） 2 a d s1 a d s RROH ??? （ 13） 2Ⅳ1Ⅳ RTiROHTi ???? ? （ 14） 21 RROH ??? （ 15） （ ⅵ ）其他基團的反應(yīng) )OH(Ti2HOTie 22Ⅳ2Ⅳ ???? ???? （ 16） )HO(TiHOTi 2Ⅳ2Ⅳ ???? ??? （ 17） OHHOOHOH 2222 ??? ?? （ 18） （ ⅶ ）金屬離子與導(dǎo)帶中電子的反應(yīng) 0n MMne ?? ?? （金屬原子態(tài)） （ 19） 催化劑的穩(wěn)定性 光催化劑應(yīng)該能夠抵抗光腐蝕，在不同反應(yīng)條件下性質(zhì)穩(wěn)定，重復(fù)利用時催化活性并不降低。）是光催化體系的主要氧化劑，提出的四種可能的反應(yīng)機理都是基于 OH如果這些物質(zhì)事先吸附在催化劑表面，電子的遷移效率會提高。 )，之后羥基引發(fā)一系列有機物氧化反應(yīng)；或者與電子提供體結(jié)合，這些取決于光催化反應(yīng)的機理。 東北石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 圖 11 禁帶示意圖（半導(dǎo)體在紫外光激發(fā)下電子與空穴的生成） 此類反應(yīng)大部分需要紫外光激發(fā)，反應(yīng)如下： +h se m i c onduc t or h e? ?? ??? ? （ 1） 產(chǎn)生的電子－空穴對遷移到催化劑表面發(fā)生復(fù)合放出熱量或者與吸附在表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，盡管電子－空穴對的壽命只有十億分之一秒級，但是仍足以在與催化劑接觸的液相或 氣相中發(fā)生氧化還原反應(yīng)。充滿的價帶的頂部到空的導(dǎo)帶底部之間叫禁帶。 mol) — 熔點 /℃ 變成金紅石 變成金紅石 1855 熔化熱 /(kJ/mol) — — 密度 /(g銳鈦礦的結(jié)構(gòu)不如金紅石穩(wěn)定 ，其 具有良好的光催化活性，尤其是當(dāng) 其 顆粒尺寸下 達(dá)到 納米級 時 ，在環(huán)保方面有廣闊 的 應(yīng)用前景。 因而 金紅石 廣泛應(yīng)用 于造紙、 油漆、 橡膠、紡織、 陶瓷 、 搪瓷 和 塑料等工業(yè)中， 作東北石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 為 重要的白色涂料 。 金紅石 和 銳鈦礦 具有較廣的 工業(yè)用途，廣泛用于制造白色顏料。氧化 鈦具有優(yōu)異的顏料特征，占全球顏料消耗總量的 50%以上，白色顏料消耗總量的 80％以上。 納米 TiO2的結(jié)構(gòu)特征及光催化機理 TiO2的晶型結(jié)構(gòu)和物理特性 常壓下， TiO2有三種晶型：金紅石型 (Rutile)，銳鈦礦型 (anatase)和板鈦 礦型 (brookite)，其結(jié)構(gòu)特征見表 11。 CdS 的量子尺寸為56nm，而 PbS 的量子尺寸為 18nm[7,8]。當(dāng)粒子尺寸 小于某一值時，金屬費米附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變 為離散，半導(dǎo)體微粒中 具有 不連續(xù)的最高占據(jù)分子軌道 以及 最低未被占據(jù) 分子軌道 的能隙、能級 變寬 ， 由此導(dǎo)致不同于宏觀物體的光、電 以及 超導(dǎo)等 特性 。（ 5）光催化反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間較短，更少的藥劑加入量；（ 6）無二次污東北石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 染（ 7）可用于將金屬離子轉(zhuǎn)化為無毒的價態(tài)。 TiO2作為光催化劑主要用于染料的除色、降解；降低 COD（ chemical oxygen demand）；有機污染物的礦化；無機污染物如氯化物的去除；重金屬的處理；殺真菌劑、除草劑、殺蟲劑的降解；引用水的消毒與凈化；惡臭化合物的降解；室內(nèi)空氣凈化；殺死癌細(xì)胞及病毒。僅在水、大氣和污水處理的領(lǐng)域，最近 10 年來，每年都有數(shù)千 篇科學(xué)論文發(fā)表。 1987 年， Mattews[6]等人利用 TiO2對水中 34 種有機污染物進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)最終產(chǎn)物是 CO2和 H2O 等小分子物質(zhì)。 [4]于 1976 年報道了 在近紫外光的照射下 TiO2水濁液可使多氯聯(lián)苯脫氯。半導(dǎo)體在光的照射下，通過把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)化合物的合成或使化合物（無機物，有機物）降解的過程稱之為光催化 [1,2]。 東北石油大學(xué) 工程碩士專業(yè) 學(xué)位 論文 IX 目 錄 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 .............................................................................................................. III 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 .......................................................................................................... III 摘要 .......................................................................................................................................... IV Abstract .................................................................................................................................... VI 創(chuàng)新點摘要 ............................................................................................................................ VIII 第一章 緒 論 ............................................................................................................................ 1 概述 ................................................................................................................................ 1 納米 TiO2的結(jié)構(gòu)特征及光催化機理 .................................................................................. 2 催化劑的穩(wěn)定性 ............................................................................................................... 5 TiO2光催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展及 其在水處理中的應(yīng)用 ................................................... 6 問題提出 .......................................................................................................................... 7 第二章 離子摻雜改性 TiO2光催化性能的研究 ................................................................. 10 試劑與儀器 .................................................................................................................... 10 離子摻雜 TiO2光催化劑的制備 ........................................................................................11 光催化實驗 .....................................................................................................................11 光催化活性表征 ............................................................................................................. 12 COD 的測定 .................................................................................................................. 12 光催化降解 PAM 溶液的實驗 .......................................................................................... 13 PAM 溶液處理后的紅外光譜分析 ................................................................................... 16 STiO2 制備條件的優(yōu)化 .................................................................................................. 17 STiO2 光催化處理回注水的正交實驗 .............................................................................. 19 STiO2粉體的理化性能表征分析 ................................................................................... 23 硫摻雜 TiO2 的機理分析 ................................................................................................ 25 本章小節(jié) ..................................................................................................................... 26 第三章 TiO2xSx光催化劑與其他方法復(fù)合使用降解 PAM 的研究 ................................... 27 超聲 (US)TiO2xSx法降解 PAM 溶液的實驗研究 ............................................................... 27 Fenton－ 光催化法降解 PAM 的研究 ................................................................................ 29 本章小結(jié) ........................................................................................................................ 38 第四章 P、 N 共摻雜核殼結(jié)構(gòu)光催化劑的制備及其性能 ................................................... 39 試劑 ............................................................................................................................... 39 儀器 ............................................................................................................................... 39 實驗方法 ...........................................