發(fā)布時間：2017-06-18 12:13

  本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污染物的膜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類社會環(huán)境的持續(xù)污染,尋求無二次污染的環(huán)境修復(fù)技術(shù)與可再生資源成了當(dāng)務(wù)之急。TiO2光催化劑具有的氧化能力強(qiáng)、無毒無害、利用太陽能等特點(diǎn),使得其在處理工業(yè)有機(jī)污染廢水的廣泛應(yīng)用成為可能。但是,TiO2在以顆粒形態(tài)進(jìn)行污染物降解后需要進(jìn)行回收,該回收過程復(fù)雜,且極易造成TiO2顆粒的流失。此外,TiO2只能在紫外光范圍內(nèi)被激發(fā),因此其對太陽能的利用率相當(dāng)有限。實(shí)際應(yīng)用中,影響TiO2光催化能力的另一大瓶頸是其光生電子空穴對的復(fù)合效率超過了電子空穴對的分離效率。針對上述問題,本文主要通過研究制備一種TiO2膜,從而避免了顆粒狀TiO2在回收過程中可能存在的流失問題；此外,筆者對TiO2膜進(jìn)行了修飾,以拓寬其光譜激發(fā)范圍,從而提高其對陽光的利用率；并且在光催化基礎(chǔ)上采用外加偏壓技術(shù),形成電助光催化效應(yīng),能夠促進(jìn)光生電子空穴的分離,進(jìn)一步提高光催化能力。本論文通過將溶膠凝膠噴涂在導(dǎo)電玻璃上得到TiO2薄膜,然后利用水熱法將p型半導(dǎo)體Cu2O負(fù)載于n型半導(dǎo)體TiO2上,形成一種Cu2O/TiO2復(fù)合膜；隨后將Cu2O/TiO2復(fù)合膜作為陽極,Ti片作為陰極,外加偏壓進(jìn)行電助光催化降解亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中制備的純TiO2和Cu2O/TiO2復(fù)合膜均通過SEM、XRD和UV-vis等手段進(jìn)行了表征。純TiO2薄膜表面存在豐富的不規(guī)則裂隙和TiO2團(tuán)聚體,具有較大的比表面積,其晶型為具有高光催化活性的銳鈦礦型；當(dāng)亞甲基藍(lán)濃度為10ppm, pH=8時純TiO2膜的光催化降解效率最高,達(dá)到了70%。Cu2O/TiO2復(fù)合膜表面的不規(guī)則TiO2裂隙中存在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Cu2O, TiO2團(tuán)聚體并未受到影響；復(fù)合膜中的TiO2仍為銳鈦礦型,經(jīng)UV-vis表征發(fā)現(xiàn)Cu2O/TiO2復(fù)合膜的光吸收能力發(fā)生了紅移,對光的吸收范圍變寬且吸收能力變強(qiáng)；在光催化降解實(shí)驗(yàn)中,Cu2O/TiO2復(fù)合膜在亞甲基藍(lán)濃度為10ppm, pH=8時降解效率最高,達(dá)到了80%。在電助光催化實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)偏壓為0.8V,pH=10的條件下,更小面積的Cu2O/TiO2復(fù)合膜的降解效率甚至超過80%。通過本文的研究,發(fā)現(xiàn)Cu2O/TiO2復(fù)合膜的光催化能力要高于純TiO2膜,當(dāng)在Cu2O/TiO2復(fù)合膜外加偏壓時,其降解效率又高于不加偏壓的情況。因此可知通過對TiO2的修飾改性,以及施加電助光催化技術(shù)能夠較大程度提高TiO2光催化能力,其對TiO2在實(shí)際有機(jī)污染物降解的應(yīng)用具有較高的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：光催化 電助光催化 TiO_2膜 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜 亞甲基藍(lán)
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 半導(dǎo)體光催化12-16
• 1.2.1 半導(dǎo)體光催化發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 半導(dǎo)體光催化原理13-16
• 1.3 半導(dǎo)體TiO_2的研究16-19
• 1.3.1 TiO_2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)16-17
• 1.3.2 TiO_2膜的制備17-19
• 1.3.3 TiO_2的修飾19
• 1.4 復(fù)合半導(dǎo)體19-22
• 1.4.1 復(fù)合半導(dǎo)體的制備20
• 1.4.2 納米Cu_2O的基本性質(zhì)20-21
• 1.4.3 納米Cu_2O的制備21-22
• 1.5 電助光催化22
• 1.6 課題研究的目的和主要內(nèi)容22-25
• 1.6.1 研究目的22-23
• 1.6.2 研究內(nèi)容23-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置與方法25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑和儀器25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品試劑25-26
• 2.1.2 試驗(yàn)主要儀器26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)26-30
• 2.2.1 光催化效果初探實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.2.2 光催化薄層反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)27-28
• 2.2.3 電助光催化實(shí)驗(yàn)裝置28-29
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)29-30
• 2.3 催化膜制備方法30-31
• 2.4 催化劑表征31-32
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)與元素分析(EDS)31
• 2.4.2 X射線衍射(XRD)31
• 2.4.3 紫外近紅外可見分光光度計(jì)(UV-vis)31
• 2.4.4 光電化學(xué)表征31-32
• 2.5 有機(jī)污染物的降解32-33
• 2.6 催化膜的再生33-34
• 第3章 TiO_2薄膜的制備及其光催化性能探究34-50
• 3.1 TiO_2薄膜的制備探究34-41
• 3.1.1 膠黏固定法制備TiO_2薄膜34-37
• 3.1.2 水熱法制備TiO_2薄膜37-39
• 3.1.3 溶膠凝膠法制備TiO_2薄膜39-41
• 3.2 TiO_2薄膜的表征41-44
• 3.2.1 TiO_2薄膜的SEM41-43
• 3.2.2 TiO_2薄膜的XRD表征43
• 3.2.3 TiO_2薄膜的UV-vis表征43-44
• 3.3 TiO_2薄膜光催化降解亞甲基藍(lán)44-46
• 3.3.1 亞甲基藍(lán)初始濃度對光催化降解效果的影響44-45
• 3.3.2 初始pH對光催化降解效果的影響45-46
• 3.4 TiO_2薄膜的再生研究46-48
• 3.4.1 再生TiO_2膜的表征46-47
• 3.4.2 再生后TiO_2薄膜光催化降解亞甲基藍(lán)47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 復(fù)合膜的制備及其光催化性能探究50-67
• 4.1 復(fù)合膜的制備探究50-54
• 4.1.1 化學(xué)沉積法負(fù)載Cu_2O50-51
• 4.1.2 溶膠凝膠摻雜制備CuO/TiO_2復(fù)合膜51-52
• 4.1.3 水熱法制備Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜52-54
• 4.2 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜的表征54-58
• 4.2.1 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜的SEM和EDS表征54-56
• 4.2.2 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜的XRD表征56
• 4.2.3 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜的XPS表征56-57
• 4.2.4 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜的UV-vis表征57-58
• 4.3 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜光催化機(jī)理研究58-59
• 4.4 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜光催化降解亞甲基藍(lán)59-63
• 4.4.1 Cu_2O/TiO_2薄膜中Cu_2O含量對光催化降解效果的影響59-60
• 4.4.2 亞甲基藍(lán)初始濃度對光催化降解效果的影響60-61
• 4.4.3 溶液中NaCl濃度對光催化效果的影響61-62
• 4.4.4 溶液初始pH對光催化降解效果的影響62-63
• 4.5 再生Cu_2O/TiO_2薄膜的研究63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 Cu_2O/TiO_2復(fù)合膜電助光催化降解亞甲基藍(lán)探究67-76
• 5.1 電助光催化67-68
• 5.2 工作電極的光電化學(xué)性能分析68-72
• 5.2.1 三電極法拉第阻抗測試68-70
• 5.2.2 電極的極化曲線70
• 5.2.3 電助光催化降解亞甲基藍(lán)的機(jī)理探究70-72
• 5.3 電助光催化降解亞甲基藍(lán)72-75
• 5.3.1 電壓對電助光催化的影響72-73
• 5.3.2 溶液中Na_2SO_4濃度對電助光催化的影響73-74
• 5.3.3 溶液pH對電助光催化效果的影響74-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第6章 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-87
• 致謝87-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文88

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污染物的膜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：459236