可见光响应型光催化剂的制备及其性能的研究

作     者：李银辉 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：殷德宏

授予年度：2008年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：二氧化钛 改性 溶胶-水热合成 甲基橙 光催化降解 动力学 

摘      要：光催化技术具有反应条件温和、无污染、低能耗等特点,因而在环境保护、能源转换方面具有广阔的应用前景。在诸多半导体光催化材料中,由于TiO具有化学稳定性好、光催化效率高、成本低、无毒等优点,在环境保护领域显示了广阔的应用前景。通过多种改性手段改善催化剂的活性,提高催化剂的光催化效率是将这一技术推向实际应用的重要环节,复合半导体是光催化剂改性的重要手段之一,也是最有效的途径之一。 本文以偏钨酸铵为钨源,正硅酸乙酯(TEOS)和钛酸丁酯(Ti(OBu))为前驱物,HCl为催化剂,采用溶胶凝胶法联合水热合成法制备了掺杂WO的SiO/TiO(10/90)的复合光催化剂,用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、Zeta电位分析、BET和透射电镜(TEM)对样品进行了表征,并以甲基橙为模拟降解物评价了光催化剂的光催化性能,讨论了不同条件对光催化性能影响,例如:晶化时间、晶化温度、掺杂物质的量、表面活性剂、助催化剂、反应液pH值、煅烧温度等。结果表明:最佳热液合成时间为8h、合成温度为175℃、WO的最佳掺杂量为1%、煅烧温度为800℃、反应液pH=3。WO拓展了锐钛矿TiO的光响应范围,SiO增加了锐钛矿TiO的热稳定性,并阻止了TiO晶粒的聚集生长,所制备样品的大小为10-15nm。催化剂经重复利用后仍保持较高的催化效率。 采用溶胶凝胶法联合溶剂热合成法制备了WO/SiO/TiO(20/20/80)的复合光催化剂,用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱UV-vis)、BET和透射电镜(TEM)对样品进行了表征,样品经500℃-800℃热处理后以锐钛矿形式存在,具有较大的比表面积,远远大于纯TiO,并以甲基橙为模拟降解物评价了光催化剂的光催化性能,粒子呈椭球形,粒径约为9-12nm。讨论了煅烧温度对光催化性能影响,结果表明:甲基橙的降解率随煅烧温度的升高先增加然后降低,煅烧温度为1000℃样品的光催化活性最高。 甲基橙降解的动力学研究表明,当起始浓度较低时,甲基橙的降解可用L-H模型描述,为准一级反应。甲基橙在催化剂表面的吸附对降解率也有很大的影响,催化活性与吸附强度呈火山型关系曲线,即具有中等吸附强度时,甲基橙的降解率最大。