【正文】 D/%(60min) Bi2O3與TiO2復(fù)合可能主要是引起TiO2表面Ti3+的增加，即晶格中氧缺位增加，這會提高催化劑對氧的吸附能力，進(jìn)而提高TiO2催化劑的光催化活性。但是，過量的乙醇會使硝酸鉍和鈦酸四丁酯在水解過程中產(chǎn)生膠體，阻礙水解的進(jìn)行。表21 水和乙醇配比對光催化活性影響水和乙醇配比2：14：16：1k/min1RD/%(60min)由表21可見，稀釋劑乙醇的量對樣品的光催化性能有較大影響，當(dāng)水和乙醇的比例為4：1時(shí)所得樣品的光催化效果最好。 水和乙醇的配比對Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑催化效果影響 將一定量的硝酸鉍和鈦酸四丁酯混合均勻后，控制水和乙醇的比例為2：4：1和6：1，考察水解液中水和乙醇的比例對樣品光催化性能的影響。全部轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜后置于高溫高壓下恒溫2h并降壓后過濾得到樣品，在烘箱烘干2h后所得樣品既是納米Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑。另量取無水乙醇和去離子水分別配制成1：1：1：6的乙醇水溶液，得溶液B。在加深對光催化氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上，與其它技術(shù)的配合，將會開拓更廣闊的應(yīng)用前景。納米TiO2光催化氧化設(shè)備簡單、操作條件易控制、氧化能力強(qiáng)、無二次污染，在各種生物難降解有機(jī)廢水、綜合廢水的處理及生活用水的深度處理等方面有很廣闊的應(yīng)用前景，但多相光催化廢水處理技術(shù)并未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，主要存在以下限制因素[17]：（1）半導(dǎo)體光催化反應(yīng)速率不高 （2）反應(yīng)速率對輻射度的依賴性不強(qiáng)（3）對太陽能的利用存在局限性 （4）對高濃度廢水處理效果不理想（5）反應(yīng)機(jī)理的研究中缺乏中間產(chǎn)物及活性物種的鑒定 對于今后的發(fā)展方向，可以從以下幾個(gè)大的方面來考慮。 納米Bi2O3 / TiO2光催化劑對多種水溶性染料的降解試驗(yàn)為了考察納米Bi2O3 / TiO2光催化劑對其它水溶性染料脫色均有可行性，可以固定復(fù)合光催化劑的用量，分別與相同初始濃度的不同染料溶液混合用紫外燈照射，結(jié)果表明復(fù)合光催化劑對多種水溶性染料均有較好處理效果，光照一定時(shí)間溶液均會褪至無色，染料的脫色率達(dá)到很高的水平[14,15,16]。 催化劑投加量催化劑投加量對光催化反應(yīng)的速率有較大影響，TiO2投加量與反應(yīng)速率的關(guān)系是：開始時(shí)反應(yīng)速率隨著催化劑用量的增加而迅速增加，但是當(dāng)催化劑用量過大時(shí)反應(yīng)速率反而下降。光催化降解過程中，影響有機(jī)物降解速率的因素主要有晶形、電子空穴對的復(fù)合幾率、表面活性和實(shí)驗(yàn)條件。如由于不同金屬離子的配位及電負(fù)性不同而產(chǎn)生過剩電荷，增加半導(dǎo)體吸引質(zhì)子或電子的能力等，從而提高了催化活性[9,10]。負(fù)載于適當(dāng)?shù)妮d體后，可獲得較大的表面結(jié)構(gòu)和適合的孔結(jié)構(gòu)，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以便在各種反應(yīng)床上應(yīng)用。復(fù)合半導(dǎo)體體系也有半導(dǎo)體和絕緣體的復(fù)合。分離的光生電子和空穴能在表面自由擴(kuò)散而被反應(yīng)物捕獲，從而提高了光催化的量子產(chǎn)率。因?yàn)樘柲茏阋约ぐl(fā)CdS等價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生的光生空穴保留在它的價(jià)帶內(nèi)，而光生電子轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶中。 復(fù)合半導(dǎo)體復(fù)合半導(dǎo)體就是利用兩種甚至十多種半導(dǎo)體組分性質(zhì)差異的互補(bǔ)性來提高催化劑的活性，活性提高的原因在于不同性能的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶的差異，使光生電子聚集在一種半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，而空穴聚集在另外一種半導(dǎo)體的價(jià)帶，從而使光生載流子得到分離，大大提高了光催化效率。當(dāng)光照射到催化劑表面后，光生電子轉(zhuǎn)移到金屬粒子上，從而阻止了光生電子空穴復(fù)合，使得光生空穴自由地?cái)U(kuò)散到催化劑表面，發(fā)生空穴氧化有機(jī)物的反應(yīng)。 貴重金屬沉積催化劑表面負(fù)載金屬可以提高光催化效率的現(xiàn)象最早是在Pt/TiO2光催化分解H2O的實(shí)驗(yàn)中被觀察到的。近年來，為了充分利用自然光降解各類污染物，人們在提高催化活性和擴(kuò)大激發(fā)光波長的范圍等方面作了大量的工作，又稱為催化劑的表面修飾。其實(shí)，制備超細(xì)納米二氧化鈦粉體有多種方法，如溶膠凝膠法、水解法、氣相法、微乳液法和均勻沉淀法，而水熱法因其在高溫高壓下一次完成，無需后期晶化處理，所制得粉體粒度分布窄，如團(tuán)聚程度低，成分純凈，制備過程污染小等優(yōu)點(diǎn)而研究較多[3]。水熱條件下發(fā)生粒子成核和生長，制得可控形貌和大小的超細(xì)粉體，制得的粉體具有晶型發(fā)育完整、晶粒粒徑小且分布均勻、無團(tuán)聚、不需煅燒過程等特點(diǎn)。TiO2主要有兩種晶型，銳鈦型和金紅石型，銳鈦型的光催化活性優(yōu)于金紅石型，是目前公認(rèn)的最有效的半導(dǎo)體催化劑。 其它形式的光催化反應(yīng)還包括異構(gòu)化、取代、縮合、聚合等，但目前研究較多的還是氧化還原反應(yīng)[1]。→O2+H2O2H2O2+O2→HO+H+e+O2→O2 O2+H+→HO2h++H2O+O2→HO其氧化機(jī)理可由圖11表示。光致電子的俘獲劑主要是吸附于TiO2表面的氧，它既可以抑制電子與空穴的復(fù)合，同時(shí)也是氧化劑，可以氧化已經(jīng)羥基化的反應(yīng)物，是表面羥基的另一個(gè)來源。OH，光致空穴有很強(qiáng)的得電子能力，可奪取半導(dǎo)體顆粒表面有機(jī)物或溶劑中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被活化氧化，電子也具有強(qiáng)還原性，活潑的電子、空穴穿過界面，都有能力還原和氧化吸附在表面的物質(zhì)。與金屬不同的是半導(dǎo)體粒子能級間缺少連續(xù)區(qū)域，因而電子空穴對的壽命較長。根據(jù)定義，半導(dǎo)體粒子含有能帶結(jié)構(gòu)，通常情況下是由一個(gè)充滿電子的低能級價(jià)帶和一個(gè)空的高能級導(dǎo)帶構(gòu)成，它們之間由禁帶分開。由于TiO2化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光腐蝕、具有較深的價(jià)帶能級，可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的TiO2表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之TiO2對人體無害，所以目前在半導(dǎo)體的光催化研究中以TiO2最為活躍。 Bi2O3 incorporation of TiO2 to broaden the range of light absorption and improve the photocatalytic activity of TiO2, incorporation (Bi2O3) % for the activity of the highest posite photocatalyst。結(jié)果表明，當(dāng)水和乙醇的比例為4:1時(shí)所得樣品的光催化活性最好；Bi2O3的摻入拓寬了TiO2對光的吸收范圍，提高了TiO2的光催化活性，摻入量（Bi2O3）%復(fù)合光催化劑活性最高；復(fù)合光催化劑對多種水溶性染料均具有較好的處理效果。復(fù)合Bi2O3/TiO2納米光催化劑的制備及性能研究摘 要二氧化鈦具有穩(wěn)定性好、光催化效率高和不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。本文首先論述了二氧化鈦的氧化機(jī)理、光催化性質(zhì)、一般制備方法、影響光催化效率的實(shí)驗(yàn)條件及改性研究，再以鈦酸四丁酯和硝酸鉍為原料，采用水熱法制備了Bi2O3/TiO2納米光催化劑，并考察了水解條件和Bi2O3摻雜量等制備條件對光催化劑性能的影響。關(guān)鍵詞：水熱法，納米二氧化鈦，光催化降解，羅丹明BCompound TiO2/Bi2O3 Nanometer PhotocatalystPreparation And Function StudyABSTRACT Titanium dioxide has a good stability, photocatalytic efficiency and does not produce secondary pollution, etc, which have broad application prospects. The paper first discusses the oxidation mechanism of titanium dioxide photocatalytic properties, the general preparation method, the photocatalytic efficiency of the impact of experimental conditions and modification research. Then tetra butyl titivate and bismuth nitrate as raw materials by hydrothermal Bi2O3/TiO2 prepared nanometer photocatalyst, also visited the hydrolysis conditions and the volume of Bi2O3doped posite preparation conditions on properties of photocatalyst. The results show that, when the water and ethanol at a ratio of 4:1 sample from the best photocatalytic activity。 posite photocatalyst on a variety of watersoluble dyes have better treatment effect. KEY WORDS: hydrothermal method, nanometer TiO2, photocatalytic degradation, Rhodamine B目 錄第1章 緒論 1 TiO2光催化氧化機(jī)理 1 納米二氧化鈦光催化劑的制備方法 2 二氧化鈦的改性研究 3 貴重金屬沉積 3 復(fù)合半導(dǎo)體 3 納米二氧化鈦及復(fù)合納米二氧化鈦光催化影響因素 4 催化劑投加量 4 納米Bi2O3 / TiO2光催化劑對多種水溶性染料的降解試驗(yàn) 4 二氧化鈦的應(yīng)用及前景展望 5第2章 水熱法制備納米二氧化鈦樣品及影響因素 6 6 6 6 摻雜量對Bi2O3/TiO2復(fù)合光催化劑催化效果影響 7第3章 二氧化鈦對羅丹明B的光催化脫色實(shí)驗(yàn) 9 9 Bi2O3 / TiO2光催化劑對多種水溶性染料的降解試驗(yàn) 9結(jié)　論 11謝 辭 12參考文獻(xiàn) 13外文資料翻譯 15第1章 緒論 TiO2光催化氧化機(jī)理非均相光化學(xué)催化氧化技術(shù)因具有高效率、低能耗、操作簡便、反應(yīng)條件溫和、應(yīng)用范圍廣和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而在有機(jī)物降解方面?zhèn)涫荜P(guān)注，它主要是用半導(dǎo)體，如TiOZnO等通過光催化作用氧化降解有機(jī)物。半導(dǎo)體材料之所以能作為光催化劑，是由其自身的光電特性決定的。當(dāng)用能量等于或大于禁帶寬度（一般在3ev以下）的光照射半導(dǎo)體時(shí)，其價(jià)帶上的電子（e）被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h+）。在半導(dǎo)體水懸浮液中，在能量的作用下電子與空穴分離并遷移到粒子表面的不同位置，參與加速氧化還原反應(yīng)，還原和氧化吸附在表面上的物質(zhì)。 水溶液中的光催化氧化反應(yīng)，在半導(dǎo)體表面失去電子的主要是水分子，OH和有機(jī)物本身也可充當(dāng)光致空穴的俘獲劑，水分子經(jīng)變化后生成氧化能力極強(qiáng)的OH是水中存在的氧化劑中反應(yīng)活性最強(qiáng)的，而且對作用物幾乎沒有選擇性。同時(shí)TiO2表面高活性的電子具有很強(qiáng)的還原能力，可以還原去除水體中的金屬離子。 基本的反應(yīng)式可表示如下：TiO2+hv→h++e h++e→熱量H2O→H++OH h++OH→HO+H++O2 h++H2O→HO 2HO2+OH+O2 H2O2+hv→2HO圖1–1 TiO2的光催化反應(yīng)機(jī)理 納米二氧化鈦光催化劑的制備方法 光催化氧化以n型半導(dǎo)體為催化劑，在能量高于其禁帶值的光照射下，其價(jià)電子發(fā)生帶間躍遷，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子和空穴，形成氧化還原體系。高活性TiO2光催化劑的制備方法中水熱法是合成納米TiO2的重要方法，利用化合物在高溫高壓水溶液中的溶解度增大、離子活度增強(qiáng)、化合物晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型等特殊性質(zhì)在特制的密閉反應(yīng)容器里，以水為介質(zhì)的異相反應(yīng)，以鈦酸四丁酯為原料，通過對容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并重結(jié)晶合成了具有高熱穩(wěn)定性的銳鈦型納米TiO2。水熱過程的影響因素主要是溶液pH值、溶液濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等[2]。 二氧化鈦的改性研究由于TiO2的吸收閥值為387nm，對太陽光的利用率低。這些問題的解決，對于開發(fā)新型有效的節(jié)能型水處理技術(shù)也將起到重要作用[4,5,6]。目前，人們研究較多的是往TiO2中加入Pt和Ag等貴金屬。催化劑催化效率與表面金屬粒子的數(shù)量有關(guān)，優(yōu)化催化劑表面金屬粒子數(shù)量可以更好地提高催化劑活性[7]。若采用禁帶寬度較小的半導(dǎo)體與TiO2復(fù)合，則可能拓展催化劑吸收光譜范圍，其中以TiO2與In2O3 、CdS或CdSe等形成的復(fù)合半導(dǎo)體研究較多[8]。光生電子的這一轉(zhuǎn)移促進(jìn)了電荷的有效分離。在研制這類復(fù)合半導(dǎo)體時(shí)，除了注意制備方法外，還要注意這種半導(dǎo)體組分的配比，不同的組分配比對光催化的影響還是較大的。絕緣體Al2OSiOZrO2等大都起載體作用。另外，載體與活性組分間也可能產(chǎn)生一些特殊的性質(zhì)。 納米二氧化鈦及復(fù)合納米二氧化鈦光催化影響因素研究表明，光催化降解反應(yīng)符合假一級動力學(xué)規(guī)律。通過對實(shí)驗(yàn)條件的分析，影響TiO2光催化活性的實(shí)驗(yàn)條件有以下方面。這是因?yàn)楫?dāng)催化劑的量較少時(shí)，大量的有機(jī)物不能充分地與催化劑顆粒接觸，光源產(chǎn)生的光量子不能被充分利用；隨著催化劑用量的增加，光催化活性中心也增多，因而催化效果明顯增加；但當(dāng)催化劑增加到一定濃度時(shí)，催化劑吸收光量子能力達(dá)到飽和，多余的催化劑反而會對光源產(chǎn)生遮蔽作用，從而降低催化劑的光催化效果，同樣也造成了光催化劑的浪費(fèi)[11,12,13]。 二氧化鈦的應(yīng)用及前景展望 納米TiO2除了能處理有機(jī)污染物外，還廣泛應(yīng)于無機(jī)污染廢水的處理、空氣污染物的處理、太陽能電池、防紫外線添加劑等。