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1、竹炭负载氟掺杂纳米氧化钛开 题报告长沙学院本科毕业论文开题报告（2012 届）系部：生物工程与环境科学系专业：应用化学学生姓名：杨东旭班级：2班学号2008051201指导教师姓名：方志微职称 副教授2012年 2月29 日题目：竹炭负载氟掺杂纳米 TiO2光催化剂的研究1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。一、背景在21世纪，科学技术发展在造福人类的同时，人们滥用科技导致“全球问 题”日益引起人们的关注。其中环境问题中的水污染问题十分严重，大量的无 机、有机污染物进入水体，不仅破坏水生生态系统，而且危害人体健康，造成 水质性缺水使人们工农业生产、生活受到
2、影响。因此，控制水体污染，保护水 资源，是环境保护工作的重要任务，开发一种新型的废水处理研究方法是人类 现阶段迫切需要的。目前对于利用太阳能进行废水处理的研究，对于保护环境，实现可持续发 展具有重要的现实意义。光催化降解水中有机污染物是一项新兴的水处理技术。 近年来，光催化技术被广泛用于空气净化、废水处理、化学防护等方面。这项 新的多相光催化污染治理技术因其能耗低，工艺简单，反应条件温和，可减少 二次污染等特点，在环境保护中日益受到人们的重视。纳米TiO2能有效地将废水中的有机物降解为 CQ、H0、PQ3-、NO-、卤素等无机小分子，达到安全无机 化的目的，化工废水、农药废水、表面活性剂、氟里
3、昂、含油废水等都可以被 纳米TiO2所氧化降解。TiO2是一种重要的无机功能材料，具有优异的光学特性、光催化活性、热 导性能和化学稳定性等物理化学特性，广泛应用于催化剂、太阳能转换、传感 器、分解水制氢、介电材料、聚合物填料等。随着人们对TiO2研究的不断深入，其应用也得到广泛拓展。但由于粉末状的纳米TiO2颗粒细微，水溶液中易于凝聚，不易沉降，催化剂难以回收，活性成分损失大，不利于催化剂的再生和再 利用，而通过TiO2光催化剂的负载，则既可以解决其分离回收难的问题，又能 克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒的缺点，是促进其广泛应用的有效途径。 另一方面，由于TiO2禁带宽度Eg较大：锐钛矿为3
4、.2 eV，金红石为3.0 eV， 这分别相当于387.5 nm和414 nm波长光的能量。二、纳米TiO2光催化机理TiO2的带隙能为3.0eV3.2eV，等同于波长为387.5nm光的能量。在水和 空气体系中，当能量超过氧化钛禁带宽度的光子照TiO2表面时，处于价带的电子会被激发到导带上，从而分别在价带和导带上产生活性较高的自由移动的光 生电子(e)和空穴(h+)，达到纳米级分散的氧化钛，光激发产生的电子、空穴能 够很快从体内跃迁到表面。空穴是强氧化剂，可以将吸附在 TiO2表面的OH和 HzO氧化 OH而导带电子则是强还原剂，被吸附在TiO2表面的溶解氧形成02-；部分02可继续通过链式
5、反应生成 0H其反应如下所示：hH20OH He 0202O2H H022H0202 H 202H202 02?0H 0H02生成的 02-和0H具有较强的氧化性，可攻击有机物的不饱和键，或抽取 H原子产生新的自由基，激发链式反应，对它们进行矿化氧化，最终致使污染物 降解为无害的的Hz0和C0。三、Ti02改性研究近年来，Ti0 2因其出色的光催化性和亲水性以及化学性质稳定，无毒，价 格低廉等优点而在光催化领域显示出巨大的应用前景。目前， Ti0 2薄膜的制备 方法包括：溶胶-凝胶法，磁控溅射法3，化学气相沉积4，喷雾分解法5等。 制备的Ti02薄膜光催化活性较低，限制了 Ti0 2的实际应用
6、特别是在自清洁玻璃 上的应用。由于Ti02光催化剂本身的一些缺陷，如光生电子和空穴易复合、可 见光利用效率低等，一直制约着其光催化活性的进一步提高。为此，人们在提 高Ti0 2的光催化活性和扩大其光谱响应范围等方面作了大量的工作。主要途径 包括：半导体耦合、阳离子掺杂、表面超强酸化、阴离子掺杂、有机染料光敏 化、贵金属表面沉积等。因此，提高Ti02薄膜的光催化活性成为当今的研究热点。2001年，Asahi等报道了 N掺杂Ti0 2因具备较低的禁带宽度，在可见光区域显示出了光催化 活性，有效地提高了其光催化性能。此后，许多研究者通过在Ti0 2中掺杂非金属元素，如：N7，I8等将Ti02的光学吸
7、收边移至可见光区域，提高其光催化 性能。同时，有报道称F掺杂Ti0 2具备表面氧空穴，具有可见光响应光催化活 性9，比普通的Ti02具备更佳的光催化性能。目前，F掺杂Ti02的制备方法 包括溶胶-凝胶法10、离子注入法11、喷雾热解法9,12、水热法13等。常压热分 解化学气相沉积（APCVD法设备简单，成本低，样品制备快，成膜率高，可以 满足高品质、大面积的Ti0 2镀膜玻璃生产的需要14。张秀华等15以竹炭为载体，钛酸四正丁酯为钛源，通过溶胶一凝胶法制备 纳米Ti0 2复合材料，研究F/Ti02对罗丹明B液的暗室吸附规律和光降解性能。 溶液的pH对F/Ti02复合材料的吸附效果及光催化活性
8、影响很大，在酸性条件 下，F/Ti02复合材料对罗丹明B的吸附效果较好，Ti02光催化活性也比较高。李竹英等16以四氯化钛为前驱物，采用改性的沉淀-溶胶-水热晶化法制备 了一种具有锐钛矿型结构的氟掺杂的二氧化钛（F- Ti0 2）溶胶.研究了氟掺杂、水热晶化的温度、时间及介质 pH值对溶胶粒子的晶型和晶化度的影响.黄冬根等17以四氯化钛为前驱物，采用改性的沉淀-溶胶-水热晶化法制 备了一种氟掺杂的二氧化钛（F/TiO2）溶胶。研究了氟掺杂、时间、水热晶化的 温度及介质pH值对溶胶粒子的晶型和晶化度的影响.采用XRD, SEM, DRS技术 及吸附、表面酸度测定等手段对溶胶粒子的结构进行表征。使
9、用光催化剂降解污水中的有机物，是将有机物完全转化为 CO和H2O,治 理方法具有很多其他方法无法取代的有点。制备竹炭负载F/Ti02复合型催化剂受自身因素、光催化反应条件和目标反应物等因素的影响，反应一段时间后， 催化会出现失活现象，可以通过紫外光照射、通入洁净空气、微波辐射、高温 处理等方法可以使其光催化剂活性完全或部分恢复，实现催化剂的再生。黄雯 等18研究结果表明从工艺成本和时间考虑，用微波辐射实现活性炭负载复合型 催化剂再生的方法最为理想。 参考文献： 光催化剂2J 盐学钛 盐学报,二ZHOUWuyi , ZH （in Chi nese）, 2006,3化剂研究进展霍冀丿西刘技等学材料
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