竹炭负载氟掺杂纳米氧化钛开题报告

1、长崎学本科论文开放报告(2012年届会)部门：生物工程环境科学系全职：要用化学学生姓名：梁东旭类级别：二班学号20080511讲师姓名：弗兰齐斯科职称副教授2012年2月29日标题：竹炭中掺氟纳米TiO 2光催化剂的研究1.根据课题的情况和审查的文献资料，撰写1000字以上的文献考察。一、背景21世纪，科技的发展造福人类，科技的滥用引起了“全球问题”的关注。其中环境问题的水污染问题很严重。无机物、有机污染物大量流入，不仅破坏了水生生态系统，还危害了人体健康，由于水质的缺水，影响了工人、农业生产和生活。因此控制水污染和保护水资源是环境保护事业的重要任务，开发新的废水处理研究方法是人类现阶段迫切需

2、要的。目前利用太阳能进行废水处理的研究对环境保护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种新的水处理技术。近年来，光催化技术广泛应用于空气净化、废水处理、化学保护等领域。这种新的多相光催化污染控制技术在能耗低、工艺简单、反应条件温和、减少二次污染等特点的环境保护中越来越受到关注。纳米TiO 2可以有效地将废水中的有机物质分解为无机小分子(例如C02、H20、P043-、N03-、卤素等)，从而使纳米TiO 2氧化和分解化学废水、农药废水、表面活性剂、氟利昂和含油废水等。TiO2是具有良好光学特性、光催化性能、热导率和化学稳定性等物理化学特性的重要无机功能材料，广泛应用于催

3、化剂、太阳能转换、传感器、分解水制氢、介质材料、聚合物填充物等领域。随着人们对TiO2研究的深入研究，其应用也广泛扩大。但是粉末纳米TiO2粒子很精细，在水溶液中容易凝聚、沉淀，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，通过TiO 2光催化剂的负载，可以解决难以回收的问题，克服悬浮催化剂稳定性差、易上瘾的缺点，是广泛应用的有效方法。另一方面，TiO2波段禁带宽度Eg更大：anatazer为3.2 eV，金红石为3.0 eV，分别等于387.5 nm和414 nm波长光的能量。二、纳米TiO 2光催化机制1TiO2的带隙能量为3.0 ev至3.2 ev，相当于387.5nm光的

4、波长。在水和空气系统中，能量超过氧化钛频带宽度的光子照射TiO2表面，价带的电子受到刘涛带的刺激，分别到达原子价带和铅带中活性高的自由移动光生电子(e)和气阱(h)，纳米分散氧化钛，由于光的刺激而产生的电子，孔可以从体内迅速转移到表面。孔是一种强氧化剂，可以放置在TiO2表面吸附的oh-和H2O氧化oh；导向电子被TiO2表面吸附的溶解氧吸附到O2-；部分O2-可以通过链反应继续生成OH。反应如下：O2和OH攻击有机物的不饱和键，或提取h原子生成新的自由基，引起连锁反应，使矿化氧化成为可能，结果污染物分解为无害的H2O和CO2。三、TiO2修正研究近年来，TiO2由于其优异的光催化及亲水性和化

5、学性能稳定性、无毒、价格低廉等优点，在光催化领域表现出了很大的应用前景。目前，TiO2薄膜的制造方法有溶胶-凝胶法2、磁控溅射3、化学气相沉积4、喷雾分解5等。制造的TiO2薄膜具有较低的光催化活性，因此限制了TiO2在自清洁玻璃中的实际应用。由于光生电子和孔复合性、可见光利用效率低下等TiO2光催化本身的一些缺陷，光催化活性进一步提高。为此，进行了很多工作，包括提高TiO2的光催化活性，扩大其光谱对应范围。主要途径包括半导体耦合、阳离子掺杂、表面超酸化、负离子掺杂、有机染料感光、贵金属表面沉积等。因此，提高TiO2薄膜的光催化性能成为当今研究的热点。2001年朝日等6报道说，N掺杂TiO2在

6、低波段宽可见光区域表现出光催化性能，有效提高了其光催化性能。之后，很多研究者在TiO2上掺杂N7、I8等非金属元素，将TiO2的光学吸收边缘转移到可见光区域，提高了光催化活性。还有报道称，f-doped TiO2具有表面氧腔，具有可见光反应光催化活性9，光催化性能优于一般TiO2。目前，f-doped TiO2的制造方法有溶胶-凝胶法10、离子注入法11、喷雾热解法9，12、水热法13等。大气压热分解化学气相沉积(APCVD)3方法设备简单，成本低，样品准备快，成膜速度高，可以满足生产高质量宽TiO2涂层玻璃的需要14。张秀华等15以竹炭为载体，钛酸四丁酯用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合物，

7、研究f/TiO2对罗丹明b溶液的暗室吸附规律和光降解性。溶液的pH值对F/TiO2复合物的吸附效果和光催化活性有很大影响，在酸性条件下，F/TiO2复合物对罗丹明b的吸附效果好，TiO2光催化活性也比较高。李竹英等16以四氯化钛为前驱体，制备了具有锐钛制结构的氟掺杂二氧化钛(F- TiO2)溶胶。研究了氟掺杂、水热结晶温度、时间和介质pH值对溶胶粒子的测定和结晶度的影响。黄铜根等17以四氯化钛为前驱体，用改性沉淀-溶胶-水热法制备了氟掺杂二氧化钛(F/TiO2)溶胶。研究了氟掺杂、时间、水热结晶温度和介质pH值对溶胶粒子的测定和结晶度的影响。溶胶粒子的结构表征为XRD，SEM，DRS技术和吸附

8、，表面酸度测定等。使用光催化剂分解污水中的有机物是将有机物完全转化为CO2和H2O，处理方法有很多其他方法不能代替的地方。竹炭负载F/Ti02复合催化剂的制备取决于其本身的因素、光催化反应条件、目标反应物等因素，如果反应进行一段时间，就会出现催化失活现象，因此通过紫外线照射、清洁空气通过、微波辐射、高温处理等，完全或部分恢复光催化活性，可以进行催化再生。黄门等18研究结果表明，从工艺成本和时间角度来看，微波辐射活性炭负载复合催化剂的再生是最理想的。参考文献：1狼，虎地川，柳收等。负载型TiO2光催化研究进展西南科技大学材料科学工程部，陶艺杂志，2004年第02号2张世英、周武艺、朱锐等。纳米二

9、氧化钛纤维的制备及其光催化性能J。硅酸盐日志，2006，34(1): 55-59。长荣、周瑜、朱黄瓜、et al.j chin ceram SOC (in Chinese)、2006、34(1)3360 5559。3赵清南、刘宝顺、条件说等。衬底温度对直流反应磁控溅射玻璃基TiO2薄膜结构和亲水性的影响J。硅酸盐日志，2003，31(7): 678-681。4松川路、刘军宝、翁威湖、翁文剑等，大气压力化学气相沉积法制备氟掺杂氧化钛自清洁膜J。杭州310012。5马明、文建、独皮I .喷雾热分解TiO2薄膜成膜机理及超亲水特性分析J。硅酸盐日志，2005，33(1): 120-125。6 asa

10、sh、morikawa t、ohwaklt。visible-light photo catalysis in nitrogen-doped titanium oxyidsj。科学、2001、293360 269271。7 nakamura r、Tanaka t、nakato y . mechanism for visible light responses in a nodic photo currents at N-doped TiO 2 film elecj phys chem b、2004、1081: 10617106208 hong x t、Wang z p、Cai w m、et al

11、 . visible-light-activated nanopartcle photo catalyst of iodine-doped titanium dioochem mater，2005，173360 5481552。9 Li d、hanedah、labhse twarn k、et al . visible-light-driven photocatalysis on fluorine-doped TiO 2 powders by the chechem phys lett，2005，40131: 579584。10 Yu j c、Yu j g、ho w、et al . effect

12、s of fdoping on the photocata-lytic activity and micro structures of nano crystal ttalchem mater，2002，143360 38083816。11 ya makit，ume bayashit，sumita t，et al . fluorine-doping in titanium dioxide by ion implantation techniquejnucl instrum methods physres，Sect b，2003，206: 254258。12rid，Hans aa h，hishi

13、tas，Et al . fluorine-doped TiO 2 pow-ders prepared by spray pysisand their improved photo catalysj fluorine chem，2005，126: 6977。13 ho w，Yu j c，lee s c . synthesis of hierarchical nano porous f-doped TiO 2 spheres with visible light photo catalytic activitychem commun，2006，103360 11151117。14王薇薇、郭玉、张启

14、文、等。APCVD法制备氮掺杂二氧化钛薄膜及其性能研究J。功能材料和设备日志，2006，123360 187191 . Wang Weiwei，Guo yue，张锡文，et al . j funct mater devic(in Chinese)，2006，19115张秀华、周云龙、胡志彪、张著胜、钟玲TiO2/竹炭复合材料处理废水中的罗丹明B龙岩大学，福建龙岩36401216李竹英，魏顺文，柴利原，彭兵，中南大学冶金科学工程学院，中南大学学报：自然科学版 EI CA CSCD 2009年第一期tq455.1，1672 7207 (2009) 01 0055 0517黄铜根优山郡党池氟掺杂锐钛

15、矿型TiO2 溶胶的制备、表征及催化性能华南理工大学化学科学院广州5104118黄文、杨家宽、范双燕等。活性炭负载TiO2光催化降解甲苯的研究j。工业催化剂，2007，15(10)1-62.选题标准、主要研究内容、研究思路和方案。1)主题选择标准：纳米TiO 2光催化剂具有活性高、应用范围广、反应彻底、无二次污染等优点，在空气净化、海洋石油污染去除、污水净化、抗菌丰口惠等领域具有广泛的应用前景，是具有很大发展潜力的绿色光催化剂。溶胶-凝胶法是目前制备多孔TiO2薄膜的主要方法。该方法工艺简单，原料便宜，可在低温下制备纯度、透明度、化学成分均一的纳米TiO 2膜。但是结晶不完整，因此光催化活性一般较低。近年来发现，利用f离子进行TiO2表面改性可以显着提高薄膜的光催化性能。在紫外线照射下，化学吸附在TiO2表面的f离子可促进羟自由基的生成，改善苯酚和酸性橙7等基质的降解。光亲水性测试结果表明，在紫外线照射下，表面氟化会增加薄膜的表面接触角减少率。2)研究内容：溶胶-凝胶法制备氟