非金属掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究.doc

非金属掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究本文以钛酸四丁酯（Ti（OC₄H₉）₄）为钛源、无水乙醇（EtOH）为溶剂、冰醋酸（HAc）为水解抑制剂、热稳定性低的含氮化合物为固体载体,采用新型溶胶-凝胶法制备了非金属掺杂的可见光响应型纳米二氧化钛（TiO₂）光催化剂。采用粉末X-射线衍射（XRD）,透射电子显微镜（TEM）,氮气吸附-脱附,X-射线电子能谱（XPS）以及紫外-可见漫反射（UV-VisDRS）等技术对制备的样品进行表征。以金卤灯为可见光光源（或高压汞灯为紫外光光源）、罗丹明B（RB）为模拟污染物,评价样品的光催化性能。并研究讨论了掺杂物原料比和煅烧温度的变化对光催化剂组成、结构和性能的影响。（1）以硝酸铵（NH₄NO₃）为掺杂源和固体载体制备了氮掺杂纳米TiO₂催化剂（N-TiO₂）,当Ti（OC₄H₉）₄和NH₄NO₃摩尔比为2时,干凝胶经200℃热处理后,制备的氮掺杂TiO₂催化剂颗粒均匀、尺寸小、比表面积和孔体积大,能带结构得到调整,光吸收边拓展到了414nm。在可见光照射下,其在45min后对RB水溶液的降解率已经达到了90%,明显优于p25（标准纳米TiO₂）的光催化性能。（2）以氯化铵（NH₄Cl）为掺杂源和固体载体制备了氮氯共掺杂纳米TiO₂催化剂（N-Cl-TiO₂）,样品在可见光下对RB的催化降解效率很高。当Ti（OC₄H₉）₄和NH₄Cl的摩尔比为3,干凝胶煅烧温度为200℃时,制备的氮氯共掺杂TiO₂催化剂比表面积和孔体积大,光吸收边相对于p25出现明显红移,具有最佳的光催化降解率,在可见光下对RB的降解率在60min后达到了90%,优于p25的光催化降解性能。（3）以硫脲（N₂H₄CS）为掺杂源和固体载体制备了碳氮硫共掺杂纳米TiO₂催化剂（C-N-S-TiO₂）。结果表明,当Ti（OC₄H₉）₄和N₂H₄CS的摩尔比为2,干凝胶在450℃下煅烧后,制备的样品颗粒均匀,分散性好,光吸收边相对于未掺杂的纳米TiO₂有一定程度的红移。在可见光照射下,90min后对RB的光催化降解率为94%,高于紫外光照射下的催化性能,并且比未掺杂的纳米TiO₂高出43%。