论文部分内容阅读
以TiO2为代表的半导体光催化技术能够利用太阳能，有效降解有机污染物，是一种具有研究价值和广阔应用前景的环境污染治理新技术。为了克服Ti02光催化剂在实际应用中的两个问题，即只能利用太阳能中不足5％的紫外光和TiO2粉末难于回收循环利用，研究人员探索了大量的Ti02改性技术使其在可见光照射下具有催化活性，其中非金属元素对Ti02掺杂改性，特别是氮元素掺杂，是实现Ti02具有可见光催化活性的有效方法，并且通过各种技术，特别是沉积-煅烧法，把光学性能良好的Ti02薄膜负载到基质上，如玻璃、不锈钢、硅石等。但是常规方法实现TiO2的氮掺杂和负载需要高温，除了浪费能源外，限制了负载材料的选择范围，基于此，本论文探索了在低温下实现氮掺杂改性Ti02的途径，成功制备Ti02和N-Ti02溶胶，并实现在耐温性能差的棉布上涂层。
1、以钛酸四丁酯为钛源，三乙胺为氮源，在碱性环境中，有乙酰丙酮存在时，通过水热法在140℃下实现Ti02的氮掺杂，通过XPS技术分析，氮以N-Ti-O和Ti-O-N等形式存在。制备的N-Ti02是锐钛矿型，其形状规则，粒径约为5nm。相对于TiO2和P25，N-Ti02具有很高的可见光降解甲基橙的能力。水热温度和Ti02水溶胶pH值都影响制备材料的可见光催化活性。
2、以钛酸四丁酯为钛源、三乙胺为氮源，通过回流法在120℃制备了氮掺杂TiO2光催化剂。采用XPS、XRD、DRS、TEM对其材料晶相、化合价态、光学性能、颗粒形貌等进行表征分析。XRD结果表明材料为锐钛矿，XPS分析显示氮以Ti-N-O、Ti-O-N和N-C键存在，DRS显示材料具有可见光吸收性能。甲基橙降解实验显示材料具有较高的可见光催化能力，在λ>400 nm的光照射2h，甲基橙的去除率达到57%。回流温度、回流时间及其溶胶pH都影响制备材料的性能：回流温度在100℃时，材料结晶度较差，但是仍然具有可见光催化活性；综合结晶度与比表面积的影响，回流时间为6h和12h时，制备的材料可见光催化活性较高；pH值越低，合成材料活性越高，而且在碱性条件下，溶胶中没有乙酰丙酮存在时，不能够实现Ti02的可见光响应。
3、常温下制备Ti02水溶胶，放置数月没有沉淀或者分层现象发生，Ti02纳米粒子以锐钛矿为主，同时还含有少量的板钛矿。棉纤维涂层TiO2水溶胶后，具有较好的自清洁能力，在紫外光照射下，有效降解甲基橙和抑制细菌生长。Ti02纳米粒子与纤维结合紧密，涂层Ti02纤维多次利用后，其光催化能力没有降低，即使用洗衣机按标准程序洗涤后，其光催化活性也减少无几。
4、利用回流法在100℃制备的N-Ti02水溶胶，棉纤维表面可以形成均匀的、稳定的涂层。涂层后的棉纤维具有较好的可见光催化降解甲基橙的性能。通过沉淀法进一步负载Agl，XPS和XRD结果确认在负载AgI纳米粒子过程中，只有AgI生成，没有检测出Ag和I2的存在。DRS估算AgI的带隙宽度为2.86 eV。负载AgI可以提高Ti02-cotton和N-Ti02-cotton的可见光催化能力，而且材料性能稳定。根据绝对电负性估算Ti02和AgI的能带位置，结合p-n异质结构复合半导体光催化剂的光生载流子的迁移规律，揭示了AgI/Ti02复合物高效光催化活性的本质，同时也解释了AgI具有稳定性的原因。