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1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：载银光催化剂Ag-TiO2的制备及光催化性能研究 系 别： 环境与化学工程系 班 级： 06化工（1）班 姓 名： 指 导 教 师： 2010年6月17 日载银光催化剂Ag-TiO2的制备及光催化性能研究摘 要半导体光催化氧化是一种新型的光化学反应方法，由于它对多种有机物具有无选择性氧化降解，对贵金属离子具有还原沉积作用，因而在化学反应、催化剂制备、水处理技术等领域具有广阔的应用前景。但是光生载流子的重新复合会影响半导体光催化的效率，在半导体表面沉积贵金属是提高半导体光催化剂活性的一种有效方法。负载在催化剂上的金属粒子能够消除电子，防止催化剂带电及电子与空
2、穴的复合，从而提高催化剂的光催化活性。本文通过溶胶-凝胶法制备了TiO2，并利用光化学沉积法合成了负载有贵金属银的高活性光催化剂Ag-TiO2，通过以亚甲基蓝为模型化合物对所制得的光催化剂的光催化活性进行评价，研究了制备过程中的主要因素对催化剂活性的影响。结果表明，当AgNO3的含量为0.1mol/L时，AgNO3溶液用量为7mL/gTiO2，AgNO3与Na2NO3的溶液体积比为2:1时，所合成的Ag-TiO2光催化剂活性最高。在相同条件下，Ag-TiO2对亚甲基蓝的降解速度明显高于TiO2。关键词：光催化剂 光化学沉积 Ag-TiO2 光降解 Preparation and Photoca
3、talytic Performance of Ag Loaded photocatalyst Ag- TiO2AbstractSemiconductor photocatalytic oxidation is a new method of photochemical reaction. Because it can degradate a variety of organic compounds with no selective and can deposite noble metal ions , has broad application prospects in the field
4、of Chemical reaction, catalyst preparation and water treatment. However, the composite of exciton could affect the efficiency of photocatalyst. Depositing noble metal in the semiconductor surface is a effective method to improve the activity of semiconductor photocatalyst. The metal particle loaded
5、on catalyst can dispel electron, avoid catalyst to be charged and the composit of exciton, therefore it can improve the photocatalytic activity of catalyst.In this paper, TiO2 was prepared by sol-gel and Ag-TiO2(Ag-loaded Titanium dioxide) was prepared by photocbemical precipitation. some affecting
6、factors during the preparation were discussed in this paper. Methylene blue was used as model. Compound to determine the photocatalytic activity of the photocatalyst. The optimal condition for Ag-TiO2 was determined: the dosage of AgNO3 aqueous solution(0.1mol/L) is 7 mL/g, the ratio of AgNO3 soluti
7、on volume to Na2NO3 2:1. Under the same conditon,degradation rate of Ag-TiO2 is higher than that of naked TiO2.Key words: photocatalyst; photochemical precipitation; Ag-TiO2; photodegrade目 录1 引言11.1半导体光催化技术21.1.1半导体21.1.2光催化氧化技术21.1.3常见的半导体光催化剂21.1.4半导体光催化原理31.2 TiO2光催化剂31.2.1 TiO2简介31.2.2 TiO2光催化原理
8、51.2.3 TiO2的制备方法61.2.4 TiO2光催化技术的局限性81.2.5提高TiO2光催化活性的途径81.3本课题的研究内容与意义102实验112.1实验主要原料及仪器112.2 TiO2的制备112.2.1实验原理112.2.2 实验步骤122.3 Ag-TiO2的制备142.3.1实验原理142.3.2实验步骤162.4光催化降解实验162.4.1模型化合物的选择162.4.2 Ag-TiO2光催化活性测定173 结果与讨论173.1 AgNO3溶液用量对Ag-TiO2光催化活性的影响173.2 Na2CO3溶液与AgNO3溶液溶液体积比对Ag-TiO2光催化活性的影响183.
9、3 反应次数对Ag-TiO2光催化活性的影响193.4 Ag-TiO2与TiO2光催化活性比较204结论21谢辞22参考文献23外文资料26唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言水是宝贵的自然资源，是人类赖以生存的必要条件。我国人均淡水量仅为2545m3，不到世界人均淡水量的1/4。我国华北、西北和东北部分地区已面临严重缺水困境，局部地区还经常有水荒现象发生。特别近二三十几年来，随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，工业废水的排放量日益增加，造成水体污染程度越来越严重，使得本已有限的水资源显得更为奇缺。目前全国约有1/3以上的工业废水和9/l0以上的生活污水未经处理就直接排入江湖，水
10、体环境被严重破坏。这给人们生活造成的损失和国民经济造成的损害相当巨大，因此水体净化已成为环保领域中的一项重要工作。虽然我国对各种废水的治理做了许多有益的工作，但治理能力的增长还远赶不上水体污染速度的增长，其原因是多方面的，其中治理技术落后是主要原因之一，目前我国传统的废水处理方法按作用原理可分为物理法、化学法和生物法三大类。例如，物理法中的用活性炭对有毒物质进行吸附，这种方法只是把污染物从一相转移到另一相，污染物本身并没有得到彻底降解，吸附污染物之后的活性炭的处理也是个问题；而化学法常涉及到使用化学药剂，在化学反应过程中对污染物进行氧化或者还原降解，改变污染物的形态，将它们变成无毒或微毒的新物
11、质、或者转化成容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。但这种方法需要大量的化学药剂，运行成本较高，不适合大规模范围使用，同时，也有可能产生二次污染。众所周知，利用微生物的代谢作用，使废水中的有机污染物和无机营养物转化为稳定的、无害的物质的方法称为生物处理法，这是当前比较新颖的水处理方法，然而生物降解仍存在着一定的局限性，概括起来有以下几点：(1) 降解速度慢，一般要数周或数月；(2) 细菌的作用具有选择性；(3)对有些有毒物质只能部分降解，并且可能形成有毒性的中间产物；(4)芳香族化合物部分难以被降解。从目前我国运行状况看，这三种处理方法虽然有些工艺己经比较成熟，但各有其局限性，处理效率有些高
12、低不等，运行成本也不算低，特别是不能有效地去除水中低浓度且生物难降解的一些有机污染物。因此，发展新型实用的环保处理技术仍然是人们追求的目标。随着研究的深入，人们发现半导体多相光催化氧化作为一种环境友好的新技术，这种技术能耗低、反应条件温和、操作简便、适用范围广、可减少二次污染等在环境治理方面日益受到人们的重视。光催化氧化反应作为一种深度的氧化过程(Advaneed Oxidation proeess，简称AOP)，和传统的方法相比，半导体光催化技术具有如下优点：降解没有选择性，能够使有害物质完全分解，不会产生二次污染；可以在常压下操作，反应条件温和，操作简单；不需要大量消耗除光以外的其他物质，
13、可以降低原材料和能量的消耗；能够达到除毒、脱色、去臭的目的；光催化剂具有廉价、无毒、稳定以及可以重复利用等特点。专家们预言光催化氧化法是将来处理各类废水最有效的方法之一。由于这是一项新兴的处理技术，发达国家研究较早，我国在这方面起步较晚，因此对这门技术的深入研究和产业化就显得尤为重要。探明半导体发生光催化反应机理，开发新型、高效的半导体光催化材料，对于污染治理具有深远的意义。1.1半导体光催化技术1.1.1半导体半导体是介于导体和绝缘体之间，电导率在(10-10104)cm-1之间的物质。半导体的主要特征是带隙的存在，其电学、光学性质归根结底是由这一带隙的存在而导致的。半导体按其载流子的特征可
14、分为本征半导体、n型半导体、p型半导体。本征半导体中，载流子是由部分电子从价带激发到导带上产生，形成数目相等的电子和空穴。n型和p型半导体属于掺杂半导体，n型半导体是施主向半导体导带输送电子，形成以电子为多子的结构。p型半导体是受主接受半导体价带电子，形成以空穴为多子的结构1。1.1.2光催化氧化技术光催化氧化技术，是在水中加入一定数量的半导体催化剂(如TiO2、WO3、Fe2O3及CdS等)，在UV辐射下产生强氧化能力的自由基，氧化水中的有机物3。纳米半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进化合物的合成或使化合物(无机物、有机物)降解的过程称之为光催化。不激活吸附分子只激活基板的
15、光化学反应，固体本身并不发生化学变化，只是半导体内部电子或空穴向表面移动，引起表面吸附物种的氧化还原反应，即所谓半导体光催化反应。1.1.3常见的半导体光催化剂光催化氧化还原以n型半导体为催化剂，已经研究过的n型半导体主要有TiO2、ZnO、CdS、CuO、WO3、SnO2等4，其中CdS、TiO2催化活性最强，但CdS在光照条件下自身不稳定易发生化学或光化学腐蚀，而TiO2与其它半导体材料相比，具有以下优点：(l)合适的半导体禁带宽度3.0eV左右，小于387nm的紫外光均能激发形成电子-空穴对，通过改性有望直接利用太阳光作为光源驱动光催化反应；(2)具有良好的抗光腐蚀性和化学稳定性；(3)光催化效率高，价带上的空穴具有很强的获取电子的能力，能将水中的OH-和H2O转化为氧化能力很强的氢氧自由基(OH)，可降解大部分有机污染物；(4)TiO2对很多有机污染物有较强的吸附作用；(5)TiO2价廉无毒，成本低，所以TiO2广泛应用于催化剂、传感器、感光材料、油漆涂料、化妆品、电子产品等生产领域5，是一种理想的半
