【正文】 constant is Kc = LL1 of MB initial concentration and pH=9. Meanwhile, the degradation rate of MB also could reach 80% after five times recycle of the photoanode. The kinetics of photoelectrocatalytic degradation reaction, photocatalytic degradat ion reaction and electriccatalytic degradation reaction for MB on porous Ag+doped TiO2 thin film photoanode was discussed. Meanwhile, the kinetics of photoelectrocatal ytic oxidation reaction for different initial concentration of MB was studied. The results showed that the catalytic kinetic equation followed the equation of LangmuirHinshelw ood equation .The catalytic kinetic equation is y = + , the photoelectrocata lytic surface reaction rate constant is kc = mg As confirmed by XRD showed that the crystal structure of TiO2 was still anataseform, the effects of Ag doping on crystal structure of TiO2 was not obvious. The results showed that the PATFN shows the highest photoelectrocatalytic activity for the degradation of methylene blue when the mole ratio of Ag ion to TiO2 is % In addition, the degradation rate of MB could reach 99% in 150 min when coating thin film four times and under 3 V of bias voltage, 40 Lh1 of ventilation rate and 1 mgmg1。L1光電催化降解過程的反應速率遵循非均相的LangmuirHinshelwood動力學方程。光電極循環(huán)使用5次后對亞甲基藍的催化降解效率仍可達80%。SEM分析表明，活性炭造孔的薄膜電極表面凹凸不平且呈現(xiàn)多孔結構；XRD分析發(fā)現(xiàn)，TiO2的結構主要以銳鈦礦型為主，Ag摻雜對TiO2的結構影響較小。同時發(fā)現(xiàn)亞甲基藍在光電催化降解過程中，通過自由基的氧化發(fā)生了C=N鍵的斷裂去甲基化，最后被降解為H2O和CO2。探討了負載次數、不同活性炭摻雜量、外加陽極偏壓、通氣速率和亞甲基藍初始濃度等因素對其光電催化降解效率的影響。2013年3月28日分類號 密 級 公 開 U D C 單位代碼 碩士學位論文論 文 題 目： 泡沫鎳載氧化鈦基光陽極制備及其液相光電催化降解性能學 科 專 業(yè)： 應用化學 研 究 方 向： 功能材料 論 文 編 號： 目錄目 錄摘 要 iABSTRACT ii第1章 緒論 I TiO2光催化氧化技術 1 TiO2光催化的機理 1 TiO2光催化的研究現(xiàn)狀 3 TiO2光催化劑活性提高的方法和途徑 3 TiO2表面沉積貴金屬離子 4 復合半導體 4 金屬離子摻雜 5 表面光敏化 6 光催化技術與其他降解方法的聯(lián)用 7 光電協(xié)同催化氧化技術 7 光電催化反應發(fā)展進程及其機理 8 光電極的制備及光電反應系統(tǒng) 9 光電化學反應器結構和類型 9 TiO2光電催化過程理論分析 10 我國的水污染狀況 10 印染污水處理的現(xiàn)狀和進展 11 染料的分類 11 染料廢水的常用處理技術 11 本研究課題的提出 12 反應目標物的選取 12第2章 實驗和表征方法 14 實驗試劑及儀器 14 實驗試劑及原料 14 實驗儀器及設備 15 反應裝置 15 實驗方法 16 光陽極的制備 16 光電催化 16 表征方法 17 差熱熱重分析(TGDTA) 17 X射線粉末衍射分析(XRD) 17 紅外光譜分析(IR) 17 掃描電子顯微鏡分析(SEM) 17 X射線光電子能譜分析(XPS) 17第3章 泡沫鎳負載多孔TiO2光陽極的制備及其光電催化活性研究 18 催化劑的制備與表征 18 泡沫鎳負載多孔TiO2光陽極的制備 18 泡沫鎳負載多孔TiO2光陽極的表征 19 泡沫鎳負載多孔TiO2薄膜電極光電催化降解亞甲基藍 21 負載次數對催化劑催化性能的影響 21 光電催化、光催化和電催化對MB降解比較 22 活性炭模板量對薄膜電極催化性能影響 23 陽極偏壓對光電催化降解的影響 24 通氣速率對光電催化降解的影響 25 亞甲基藍初始溶液濃度對光電催化降解的影響 25 降解過程中染料的光譜分析及其降解機理 26 小結 27第4章 泡沫鎳負載多孔AgTiO2光陽極的制備及其光電催化活性研究 29 催化劑的制備與表征 29 泡沫鎳負載多孔AgTiO2光陽極的制備 29 泡沫鎳負載多孔AgTiO2光陽極的表征 30 泡沫鎳負載多孔AgTiO2薄膜電極光電催化降解亞甲基藍 34 負載次數對催化劑催化性能的影響 35 Ag摻雜量對多孔AgTiO2薄膜電極光電催化性能的影響 35 光電催化、光催化和電催化對MB降解比較 36 外加電極電位對MB光電降解的影響 37 溶液初始pH值對MB光電降解的影響 38 MB溶液初始濃度的影響 39 泡沫鎳負載多孔AgTiO2光陽極的穩(wěn)定性 39 小結 40第5章 光電催化反應動力學研究 41 光催化、光電催化的降解動力學常數的比較 41 優(yōu)化條件下光電催化在不同反應物濃度的動力學常數 42 MB初始濃度對催化反應的影響 42 不同MB初始濃度下的動力學常數 42 光電催化反應動力學模型的建立 43 小結 44結 束 語 46致 謝 47參考文獻 48作者在學期間取得的學術成果 53III第 頁表目錄表 目 錄 11 14 15 23圖目錄圖 目 錄 半導體顆粒上電子空穴對的產生及其主要遷移過程 2 半導體TiO2光催化氧化反應機理示意圖 3 復合半導體TiO2CdS材料的光激發(fā) 5 光電催化原理示意圖 8 光電催化反應裝置 16 泡沫鎳負載多孔TiO2光陽極的制備流程圖 18 活性炭模板化TiO2的XRD圖譜 19 泡沫鎳(a)和泡沫鎳負載多孔TiO2薄膜(b)的XRD圖 20 泡沫鎳(a)泡沫鎳負載TiO2薄膜(b)和泡沫鎳負載不同活性炭摻雜多孔TiO2薄膜(c，d，e，f)的SEM圖…………………………………………………………..20 泡沫鎳負載不同次數多孔TiO2薄膜對催化性能的影響(a)未負載多孔TiO2薄膜；(b)T1；(c)T2；(d)T3；(e)T4；(f)T5 22 亞甲基藍在不同條件下通過不同光電極降解曲線: 泡沫鎳負載多孔TiO2薄膜(a)和泡沫鎳負載TiO2薄膜(b) 22 活性炭(Ac)摻雜對泡沫鎳負載TiO2薄膜電極的光電催化性能的影響 23 陽極偏壓對多孔TiO2光電極降解效率的影響 24 通氣速率對多孔TiO2光電極降解效率的影響 25 亞甲基藍初始溶液濃度對降解效率的影響 25 亞甲基藍光電催化降解紅外圖 26 亞甲基藍光電催化降解過程中溶液的離子色譜 26 26 亞甲基藍光電催化降解示意圖 27 泡沫鎳負載多孔AgTiO2光陽極的制備流程圖 29 AgTiO2樣品的TGDTA曲線 30 AgTiO2樣品的XRD圖 31 Ag摻雜對AgTiO2粒徑的影響 31 泡沫鎳(a)和泡沫鎳負載多孔AgTiO2薄膜(b)的XRD圖 32 TiO2和AgTiO2的XPS全譜(a)及Ag 3d峰的XPS擬合曲線(b) 32 泡沫鎳(a)泡沫鎳負載AgTiO2薄膜(b)和泡沫鎳負載不同活性炭摻雜多孔AgTiO2薄膜(c, d, e, f)的SEM圖 33 純TiO2粉末(a)和不同Ag摻雜量的AgTiO2粉末(b, c, d, e, f)的透射電鏡圖 34 泡沫鎳負載不同次數多孔AgTiO2薄膜對催化性能的影響 35 Ag摻雜對多孔AgTiO2薄膜電極催化性能的影響 36 亞甲基藍在不同條件下通過不同光電極降解曲線 37 陽極偏壓對Ag摻雜多孔TiO2光電極降解效率的影響 38 溶液初始pH值對光電催化降解效率的影響 38 溶液初始濃度對催化降解效率的影響 39 泡沫鎳負載多孔AgTiO2薄膜循環(huán)使用性能 40 ln (C0/C)與t的關系曲線 41 不同初始濃度的亞甲基藍溶液的光電催化降解曲線 42 不同MB 初始濃度的ln (C0/C)與t的關系曲線 43 1/kapp與C0的關系 44ABSTRACT摘 要本文以泡沫鎳為載體，活性炭為造孔劑，采用硬模板法制備泡沫鎳負載多孔TiO2光陽極，并以其作為工作電極，銅電極為對電極，在自制的光電催化反應器中，以亞甲基藍為目標降解物，在紫外光照射下對泡沫鎳負載多孔TiO2光電極的光電催化性能進行研究。結果表明：光與電的協(xié)同催化作用和加入活性炭造孔劑都大大提高TiO2的光電催化性能，另外，存在最佳的光電催化降解條件，即當負載次數為4次、外加陽極偏壓為3V、通氣速率為40 L/h和亞甲基藍次數濃度為1 mg/L時，催化降解效率最高，反應150 min后亞甲基藍的降解率達到99%。以泡沫鎳為載體，活性炭為造孔劑，硝酸銀為銀源，采用硬模板法制備泡沫鎳負載Ag摻雜多孔TiO2光陽極，并在紫外光照射下測試其光電催化性能，用XRD、SEM、TEM、XPS和TGDTA等對其結構和形貌進行表征。催化性能測試結果表明：%的泡沫鎳負載Ag摻雜多孔TiO2光電極對亞甲基藍的光電催化降解效果最好，且在負載次數為4次、外加陽極偏壓為3V、pH值為9和亞甲基藍初始濃度為2 mg/L時，催化降解效率最高，反應150 min后亞甲基藍的降解率達99%。探討了泡沫鎳負載Ag摻雜TiO2光陽極光電催化、光催化和電催化降解亞甲基藍的動力學規(guī)律，并研究了不同亞甲基藍初始濃度的光電催化降解過程，經試驗表明均符合一級反應動力學方程。動力學方程可表示為：y = + ，則其光電催化表面反應速率常數kc = mgmin1，吸附反應平衡常數Kc = L關鍵詞：二氧化鈦，泡沫鎳，活性炭，銀摻雜，光電催化，亞甲基藍ABSTRACTThe porous TiO2 film electrode coated foam nickel (PTFN) was successfully prepared by a hardtemplate method with using activated carbon, foam nickel as a poreforming agent and a substrate in this paper. The photoelectrocatalytic degradation of methylene blue(MB) by the porous TiO2 film electrode coated foam nickel under UV irradiation light was investigated in a homemade photoelectrocatalytic reactor which used the thin film electrode as working electrode, copper electrode as counter electrode. the main influencing factors, such as the number of coating, activated carbon doping, anode bias voltage, ventilation rate and initial concentration of MB, which effect of the photoelectrocatalytic degradation of MB was discussed. The results show that the photoelectrocatalytic degradation rate