改性TiO2纳米管制备及光电催化降解水中农药西维因的研究.pdfVIP

摘要 摘 要 光催化技术在目前被认为是极有应用价值的环境治理技术，因可以利用太阳能为光 源去除水中的污染物，使其已经成为了现阶段的研究热点，它既解决了能源短缺的问 题，也减少了对环境的危害。TiO2 因性质较稳定、抗化学腐蚀性以及具有优异的催化活 性等优点成为理想的光催化材料。但是，纯 TiO2 具有一定缺点，如其带隙宽度较大、 载流子的复合率高，悬浮状态下粉末状 TiO2 与水相难以分离导致其不利于二次使用， 对其实际应用造成了困难。为解决以上缺点，本文采用阳极氧化法制备 TiO2 纳米管 （TiO2 NTs ）光电极，以亚甲基蓝（Methylene Blue ，MB ）为目标污染物，探究 TiO2 NTs 光电极的光电催化性能。在 TiO2 NTs 基础上通过添加还原氧化石墨烯（RGO ）和 贵金属金纳米晶（Au ）来提高其光催化速率，来优化其光电催化性能。应用改性的 TiO2 NTs 光电极对水体中的农药西维因 （甲萘威）进行了光电催化降解机理研究。 设计响应面试验采用阳极氧化法在 Ti 箔上制备了结构整齐的 TiO2 NTs 光电极，研 究了制备工艺条件对TiO2 NTs 光电极光电催化降解 MB 的变化规律，采用扫描电子显 微镜（SEM ）、X-射线能谱分析（EDS ）、X 射线衍射（XRD ）、X-射线光电子能谱 （XPS ）、光致发光（PL ）对TiO2 NTs 光电极的表观形貌、组成结构进行了表征，并利 用电化学工作站对其光电化学性能进行了分析。结果表明：水含量为 43 vol% 、氟化铵 浓度为0.5 wt%、氧化温度38 ℃、氧化时间1.72 h，煅烧温度为450 ℃，时间2 h 制备 的 TiO2 NTs 光电极光电催化活性最佳。35 W 汞灯模拟太阳光，光照120 min 对5 mg·L -1MB 溶液的光电催化降解效率为 54% 。TiO2 整体呈现管状结构，排列规整，管径平均 + 值为83.99 nm，管壁为19.08 nm。通过自由基捕获试验可知，·OH 与h 是TiO2 NTs 光 电极光催化去除亚甲基蓝的主要活性中间体。 其次，为了进一步提高 TiO2 NTs 光电极的稳定性及其光电催化性能，采用电化学 沉积法制备了 RGO 负载的 TiO2 NTs （RGO/TiO2 NTs ）光电极和金纳米粒子负载的 （Au-RGO/TiO2 NTs ）光电极，并设计响应面试验对负载参数进行优化。采用 SEM、 EDS 、XRD 、XPS 、PL 、拉曼光谱（Raman ）对光电极进行表征，并利用电化学工作站 对其光电化学性能进行了分析。结果表明：RGO/TiO2 NTs 最优制备工艺为沉积电压 1.1 V 、沉积时间10 min、沉积温度25 ℃。Au-RGO/TiO2 NTs 最优制备工艺为负载Au 的沉 - I - 摘要 积电压为0.2 V ，沉积时间为30 s 。在35W 汞灯光照120 min，RGO/TiO2 NTs 光电极和 Au-RGO/TiO2 NTs 光电极对MB 的光电催化降解效率为64%和72% 。经过负载RGO 和 Au 纳米粒子后，TiO2 纳米管部分管壁变厚，管壁约为 22.60 nm ，但纳米管主要结构 并无变化。分别循环利用5 次之后，降解率在68% 以上仍然稳定。通过自由基捕获试验 + -