《我的硕士答辩ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我的硕士答辩ppt（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、TiO2纳米管的制备及可见光下 光电催化性能研究导师：刘惠玲教授 学生：郁关明绪论1实验实验 内容与方法2TiO2纳米管的制备及条件优化3TiO2纳米管的结构及光催化性能研究4TiO2纳米管光电催化降解甲草胺研究5答辩提纲Add Your TextAdd Your TextAdd Your Text环境激素不仅具有“三致” 作用，还会 严重干扰人类和动物的生殖遗传功能，对 人类的生存和物种繁衍构成巨大威胁。制备TiO2纳 米管，增大光催 化过程中的催化 剂的比表面积且 催化剂容易回收 。采用电催化耦 合的方法，减少 电子与空穴的复 合，提高对甲草 胺的降解效果。悬浮态TiO2光催化剂在污水处理
2、过程中 难以回收，而固定态TiO2比表面积小， 因此光催化降解有机物能力有限。光激发产生的电子和空穴的容易复合， 导致光量子效率很低，降低了光催化降 解有机物的活性。课题的研究背景环境激素的研究现状O3/H2O2 处处理工艺艺O3/金属催化剂剂工艺艺 H2O2为为基础础的 均相光催化TiO2为为基础础的 非均相光催化核辐辐射法高级级氧化技术术与 其他技术联术联 合处处理TiO2纳米管的制备方法TiO2纳纳米管的制制 备方法备方法阳极氧化 法水热合成 法模板合成 法水热法虽然可以制 备小孔径的纳米管 ，但在制备较长纳 米管阵列时，生长 取向及形貌无法控 制，并且与基板的 结合力还需要改善 。阳极
3、氧化法可以通 过控制工艺条件， 如制备电压 、制备 时间 、制备温度和 煅烧温度等，制备 不同尺寸的有序排 列的纳米管阵列使用模板法比较 容易控制纳米管 的最终组 成形貌 ，但由于反应体 系的局限，很难 制备孔径小的纳 米管TiO2纳米管光电催化氧化原理TiO2纳米管研究中存在的问题问题 1问题 3问题 2问题 4对TiO2纳米管的掺杂 改性 、光催化效率、光电转换 效率 和光源波长范围的拓宽等方面 的研究，也将是今后研究的重 点虽然有关TiO2纳米管的报导 在逐年增加，但大多仍停留在 理论和实验阶 段，关于其应 用的报导还 相对较 少到目前为止，TiO2纳米管的制 备技术仍不够完善，各种 制
4、备方法都有其优缺点。TiO2纳米管的制备装置和费用 相对还较 高，并且缺乏成型的 反应装置，所以，还应 加强 对反应器设计 的重视。本课题的意义和实验内容第3章第4章第5章考察在不同制备 条件下，如阳极 电压 、制备时 间、制备温度、 煅烧温度对TiO2 纳米管的生长、 结构、形态、尺 寸的影响；并通 过实验优 化制 备光催化活性较 高的TiO2纳米管 工艺参数。研究TiO2纳米 管和TiO2薄膜 在表面形貌、 表面晶型、表 面元素的价态 和比表面积的 差异，并研究 TiO2纳米管光 催化性能及其 光催化降解甲 草胺的动力学 。研究外加恒电流 和恒电压对 TiO2 纳米管光电催化 降解甲草胺降
5、解效 果的影响。比较 TiO2纳米管和TiO2 薄膜光电催化降 解甲草胺的效果， 并对TiO2纳米管 光电催化降解甲 草胺的动力学的 进行研究。对TiO2纳米管光 电催化降解甲草 胺的机理进行探 讨，研究外界条 件如光照强度， 外加偏压，pH ，叔丁醇等对 TiO2纳米管光电 催化降解甲草胺 过程中羟基自由 基产生量的影响 。制备TiO2纳米管的实验装置阳极氧化制备TiO2纳米管的实验装置示意图1.钛箔(阳极) 2.铂片 (阴极) 3.电解反应池 4. 恒温水浴锅 5. 直流电源6. 温度计 7.反应器盖光电催化氧化实验装置图1.氙灯；2.工作电极（阳极）；3.铂阴 极； 4.石英反应器；5.
6、直流稳压电 源光电催化降解甲草胺实验装置图氙灯发射光谱图氙灯发射光谱图TiO2纳米管的制备及 条件优化第一部分TiO2纳米管制备原理TiO2+6F-+4H+TiF62-+2H2O Ti4+2H2OTiO2+4H+ 制备电压对形貌的影响5V10V 15V 20V25V制备电压对TiO2纳米管光催化性能的影响制备时间对TiO2纳米管形貌的影响20min1h5h10h制备时间对TiO2纳米管光催化性能的影响制备温度对TiO2纳米管形貌的影响制备温度对TiO2纳米管光催化性能的影响煅烧温度对TiO2纳米管形貌和晶型的影响未煅烧300 500800煅烧温度对TiO2纳米管晶型的影响当煅烧烧温度不断升 高
7、过过程中，TiO2纳纳米管 从锐钛矿锐钛矿 相向金红红石相 转变转变 。这这种转变显转变显 然会 对对TiO2纳纳米管的光催化 效果产产生影响，目前的 研究普遍认为锐钛矿认为锐钛矿 的 光催化性能强于金红红石 相，当然也有研究显显示 两者按一定比例混合效 果更好。煅烧温度对TiO2纳米管光催化性能的影响本章小结1.阳极氧化制备的TiO2纳米管在制备过 程中，表面 形貌受制备电压 、制备时间 、制备温度和煅烧温度的 影响。研究结果表明，随着阳极氧化过程中制备电压 的 增加，纳米管的管径也跟着增大。在20V时，纳米管排 列规则 ，结构良好。而当制备电压 超过25V时，纳米 管结构开始破坏。纳米管的
8、管长随着制备时间 的增加 而增长。纳米管的管壁则随着制备温度的增加而减小。 煅烧温度对纳 米管形貌影响较小，当煅烧温度超过 800时，纳米管结构破坏，形成块状的结晶体。本章小结2.阳极氧化制备条件导致TiO2纳米管形貌的变化， 从而影响了TiO2纳米管光催化降解甲草胺的活性。TiO2 纳米管对甲草胺的光催化降解效果随着制备电压 的提高 而也随之提高。随着制备时间 的增加，对甲草胺的光催 化降解效果基本为逐渐增加。在低温5和中温40下 制备的TiO2纳米管都表现出较好的光催化活性。随着煅 烧温度的升高，TiO2纳米管对甲草胺的光催化活性先提 高后下降。3.结合TiO2纳米管对甲草胺的降解率以及实
9、际应 用 情况，最后确定制备TiO2纳米管的条件为：制备电压为 20V，氧化2h，制备温度为23，并在500下煅烧。TiO2纳米管的结构与 光催化性能研究第二部分TiO2纳米管的表面形貌TiO2薄膜TiO2纳米管TiO2薄膜是多 孔结结构，孔 径大概在0.1 0.2m之间间TiO2纳纳米管 是管状结结构 ，孔径只有 7590nm由于TiO2薄膜的孔径较较大，而且孔 与孔之间间并不致密，因此相对对于 TiO2纳纳米管的致密的小管，比表面 积积必然要比TiO2纳纳米管小很多TiO2纳纳米管更容易吸附溶液中的有机物， 由于光催化反应应是在催化剂剂表面进进行的， 因此TiO2纳纳米管的光催化过过程中能
10、得到更 多的光照辐辐射，更高的光量子效率，使得 光催化活性将高于TiO2薄膜。TiO2纳米管的元素种类可能是在制备过备过 程中 ，电电解液中含有的NaF 和Na2SO4进进入到了 TiO2纳纳米管纳纳米管内 部，而清洗过过程没法完 全冲洗干净净，F离子可 能吸附在了表面，而S 元素更容易在煅烧过烧过 程中可能随着结结晶过过 程，进进入到了TiO2纳纳 米管表面的晶格中，具 体S元素是以何种价态态 存在于TiO2纳纳米管表面 ，可通过过XPS表征分析 得出。TiO2纳米管的晶体结构TiO2纳米管的元素形态ElementArea (cts-ev/s)Sensitivity FactorConcen
11、tration (%) C1s Ti2p O1sS2p1904 12509 13477 1026.994 48.407 17.428 15.50220.77 19.72 59.01 0.50TiO2纳米管的比表面积SampleBET Surface AreaLangmuir Surface Area TiO2薄膜 TiO2纳米管3.7447 m/g 4.5837 m/g7.2151 m/g 8.9535 m/gTiO2纳米管与TiO2薄膜光催化性能比较所用电极类 型准一级反应动力学方方 程式速率常数 k(1/min)R的平方 R2 Photolysisy=0.00137x-0.006921.3
12、710-30.9753 TiO2薄膜y=0.00268x-0.01942.6810-30.9882 TiO2纳米管y=0.00765x-0.036557.6510-30.9955本章小结1.对阳极氧化制备的TiO2薄膜和TiO2纳米管进行一 系列表征并进行比较可知，TiO2纳米管表面为致密的小 管，而TiO2薄膜表面为疏松的小孔。通过EDS和XPS可 以看出，TiO2纳米管和TiO2薄膜表面的元素基本相同， 虽检测 到痕量的S或F，但都属于吸附在电极表面，并 未进入晶格。XRD结果表明，两种催化剂的晶型类似 ，TiO2纳米管中锐钛矿 含量比TiO2薄膜略高。而BET测 试表明TiO2纳米管的比
13、表面积明显高于TiO2薄膜。2.使用TiO2薄膜和TiO2纳米管对甲草胺进行光催化 ，降解率为26.64%和59.54%，TiO2纳米管的光催化活性 明显高于TiO2薄膜。造成这种结果的原因主要是因为 TiO2纳米管比TiO2薄膜拥有更大的比表面积以及更多的 锐钛矿 相。3.对TiO2薄膜和TiO2纳米管光催化降解甲草胺进行 反应动 力学研究，发现 反应符合准一级反应动 力学， 两者动力学速率常数分别为 2.6810-3 min-1和7.6510-3 min-1。TiO2纳米管光催化降解甲草胺的反应动 力学速率 常数明显高于TiO2薄膜，约为 后者的2.85倍。TiO2纳米管光电催化 降解甲草
14、胺研究第三部分外加恒电流对TiO2纳米管光电催化 降解甲草胺的影响TiO2薄膜TiO2纳纳米管外加恒电压对TiO2纳米管光电催化 降解甲草胺的影响TiO2薄膜TiO2纳纳米管TiO2纳米管光催化与光电催化降解 甲草胺效果的比较外加恒电电流条件下降解效果的比较较TiO2薄膜TiO2纳纳米管外加恒电压电压 条件下降解效果的比较较TiO2纳米管光催化与光电催化降解 甲草胺效果的比较TiO2薄膜TiO2纳纳米管TiO2纳米管光电催化降解甲草胺 反应动力学外加恒电电流条件下降解反应动应动 力学TiO2纳米管光电催化降解甲草胺 反应动力学外加恒电压电压 条件下降解反应动应动 力学所用电极类型准一级反应动力
15、学方程 式速率常数 k(1/min)R的平方R2PEC-TNTy = 0.0196x - 0.062419.6210-30.9976 PEC-TiO2y = 0.0162x - 0.007516.1610-30.9995 EC-TNTy = 0.0011x + 0.00441.1110-30.9447 EC-TiO2y = 0.0009x + 0.00190.9110-30.9743TiO2纳米管光电催化降解甲草胺 的机理初探光源的辐照强度对测定体系产生 OH的影响pH值对测定体系生成OH的影响外加偏压对测定体系产生OH的影响叔丁醇对测定体系生成OH的影响本章小结1.使用阳极氧化制备的TiO2
16、薄膜和TiO2纳米管光电 催化氧化甲草胺，研究了外加恒电流和外加恒电压对 TiO2薄膜和TiO2纳米管光电催化降解甲草胺效果的影响 。对TiO2薄膜，外加5mA电流或外加2V电压时 ，对甲 草胺的光电催化降解效果最好。而对于TiO2纳米管，外 加8mA电流或外加2.5V电压时 ，对甲草胺降解效果最好 。2.使用TiO2薄膜和TiO2纳米管光电催化氧化甲草胺 ，无论是外加恒电流还是外加恒电压 ，对甲草胺的降 解率都明显高于单独光催化的降解率，并且高于光催化 与电催化降解率之和，存在协同作用。TiO2纳米管在外 加5mA下，光电催化协同效应不明显，可能是因为电 催化效果较好，与光催化产生了竞争作用，共同争夺溶 液中可被转化为强氧化性自由基的物质。3.外加5mA电流或外加2V电压，TiO2纳米管无论是光电 催化还是电催化降解甲草胺的降解效果，都明显高于TiO2薄 膜。研究TiO2纳米管光电催化降解甲草胺的动力学，反应符 合准一级反应动力学模型。4.初步讨论了TiO2纳米管光电催化降解甲草胺的机理，使 用
