掺铁二氧化钛的制备及其对罗丹明B的降解论文.doc

掺铁二氧化钛的制备及其对罗丹明B的降解毕业论文 目录 摘 要 I Abstract II 1 绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 纳米TiO2光催化机理 1 1.3 纳米TiO2的改性方法 2 1.4 纳米TiO2的发展概况 3 1.5 纳米TiO2光催化氧化技术的研究现状及应用前景 4 1.6 本课题研究的目的和意义 5 2 纯TiO2和掺铁TiO2的制备 7 2.1 实验原理 7 2.2 主要实验设备和药品 7 2.3 二氧化钛和掺铁二氧化钛的制备过程 8 2.4 正交实验确定制备TiO2各药品配比 8 2.5 正交实验确定制备Fe-TiO2最佳条件 10 2.6 Fe- TiO2光催化剂制备条件的影响 12 2.6.1 锻烧温度的影响 12 2.6.2 锻烧时间的影响 13 2.6.3 掺铁量W(Fe3+/ TiO2)的影响 14 2.7 小结 15 3 光催化实验及其影响因素 16 3.1 光催化机理 16 3.2 光催化降解实验 17 3.2.1 实验方法 17 3.2.2 分析方法 18 3.3 处理溶液pH的影响 19 3.4 光催化时间影响 20 3.5 小结 21 结 论 22 参考文献 23 致 谢 25 1 绪 论 1.1 引言 二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，英文：Titanium (IV) oxide。多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，白色固体或粉末状的两性氧化物，易结合在一起。分子量79.87，市场销售的纯度为≥99.0%。二氧化钛的熔点1830～1850℃ ，沸点2500～3000℃。自然界存在的二氧化钛有三种变体：金红石为四方晶体；锐钛矿为四方晶体；板钛矿为正交晶体。二氧化钛在水中的溶解度很小，但可溶于酸，也可溶于碱。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。 1.2 纳米TiO2光催化机理 实验证明：二氧化钛晶体有三种结构锐钛矿型、金红石型、板钛矿型其中锐钛矿型TiO2具有较好光催化作用属N型半导体。N型半导体吸收了能量大于或等于禁带宽度的光子后价带上电子跃过价带进入导带。价带上则形成光致空穴。对于锐钛矿型TiO2其带隙能为32 eV，相当于387 nm光。 TiO2 + hv → h+ + e-e- —导带上的光致电子h+ —代表TiO2光致空穴 h+具有很强的捕获电子能力具有极强的氧化性；e-具有很强的还原性在半导体表面形成很强的氧化还原体系在水溶液中时产生以下反应： h+ + H2O —— H+ + ?OH (1.2) O2 + 2e- + 2H+ ——H2O2 (1.3) H2O2 +·O2- —— ?OH + OH- + O2 (1.4) h+ + OH- —— ?OH (1.5) ?OH不稳定具有很高活性氧化能力比H2O2O3强能氧化难降解有机物将有机物的C、H、S分别氧化成CO2、H2O、SO42。 1.3纳米TiO2的改性方法 TiO2催化剂由于禁带较宽（E=3.2eV），只能被波长小于或等于387的近紫外部分所激发，这部分光只占太阳光的一小部分（仅为4%），不能充分利用太阳光。另外，光生载流子（e-、h+）容易复合，在催化剂的表面的复合是在小于10~9秒的时间内完成。因此，如何减少光生载流子（e-、h+）的复合几率、扩展TiO2催化剂的光响应范围至可见光区，提高对太阳能的利用效率的有效途径是对TiO2催化剂表面进行修饰。如金属离子掺杂、贵金属的沉积、复合半导体、表面敏化等。 1）金属离子 过渡金氧化物掺杂可以在TiO2晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度，抑制电子空穴对的复合，延长载流子的寿命。过渡金属的变价以及3d轨道对TiO2半导体的光电化学性质有很大的影响，同时某些金属离子的掺杂还可以扩展光吸收范围，所以过渡金属离子的掺杂改性是提高光催化活性的一个有效方法。大量的研究表明：掺入过渡金属离子可改善TiO2的光催化性能。 稀土因为其特殊的电子层结构，具有一般元素无法比拟的光谱特性，具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子形成的化合物的4f电子可以在f-f组态之间或f-d组态之间的发生跃迁。 沉积贵金属 在二氧化钛中引入贵金属粒子可以对半导体进行改性。因为贵金属沉积在催化剂表面时，光激发产生的