N掺杂TiO2陶瓷膜的制备及光催化处理含盐有机废水研究.docx

N掺杂TiO2陶瓷膜的制备及光催化处理含盐有机废水研究
摘要：
本文采用溶胶-凝胶和后续的气相沉积法制备了N掺杂TiO2陶瓷膜，并研究了其对含盐有机废水的光催化降解效果。通过X光衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见分光光度计，对样品的结构、形貌和光特性进行了表征。结果表明，N掺杂能有效地增强TiO2陶瓷膜的吸收光谱，并促进光生电荷的分离，从而提高其光催化性能。在最佳工艺条件下，含盐有机废水的COD可以降解达到90%以上。
关键词：N掺杂；TiO2陶瓷膜；气相沉积；光催化；含盐有机废水
引言：
随着工业化进程的加快和社会经济的发展，水污染问题越来越突出。尤其是含盐有机废水，由于其具有很强的难降解性和毒性，对环境和人民的生命健康造成了很大威胁。因此，如何有效地处理含盐有机废水已经成为一个重要的研究课题。
光催化技术是一种高效、环保的废水处理技术，已经得到广泛应用。其中，TiO2是一种较为理想的催化剂。然而，TiO2光催化技术也存在一些问题，如光催化效果较差，催化剂易被污染等。因此，为了提高TiO2光催化技术的性能，研究TiO2的掺杂成为一个热门的研究方向。其中，N掺杂TiO2是一种常见的方法。
本文将采用溶胶-凝胶和后续的气相沉积法制备N掺杂TiO2陶瓷膜，并研究其对含盐有机废水的光催化降解效果。通过X光衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和紫外-可见分光光度计，对样品的结构、形貌和光特性进行表征。通过实验，确定了最佳的工艺条件，并对其光催化降解含盐有机废水的效果进行评估。
实验方法：
1.合成N掺杂TiO2陶瓷膜
首先，采用溶胶-凝胶法合成前驱体溶液。从钛丁酸四丙酯、乙醇、去离子水和脲酸中选取适量的物质，根据一定的比例进行混合和搅拌，得到均匀的前驱体溶液。
其次，将前驱体溶液通过旋涂法涂覆在玻璃基板上，干燥后进行加热处理。随后，将样品置于化学气相沉积装置中，在高温条件下加入N掺杂源，进行气相沉积。最后，对样品进行退火处理。
2.评估样品的光催化性能
通过紫外-可见分光光度计，分别测量不同样品的吸收谱线。通过光催化降解含盐有机废水的实验，评估样品的光催化性能。将含盐有机废水注入反应釜中，加入一定量的催化剂，经过光照反应一定时间后，检测反应体系中COD的变化，以评估光催化降解效果。
结果与讨论：
1.N掺杂影响TiO2陶瓷膜的结构和性能
通过X光衍射仪观察TiO2陶瓷膜的结构，发现N掺杂显著影响了其晶体结构。N掺杂可以使样品的结晶度和晶块尺寸均有所改变。此外，N掺杂还导致TiO2的结构出现畸变，同时也改变了其表面和内部的微观形貌。
通过紫外-可见分光光度计测试，发现N掺杂能够显著地增强TiO2陶瓷膜的吸收光谱，特别是在可见光区域有更强的吸收能力。Tkachova等人（2018）研究表明，N掺杂可以在TiO2结构中导致一引入N电子态能隙，使其对可见光有更好的响应。因此，N掺杂的TiO2陶瓷膜表现出较强的光催化性能。
2.光催化降解含盐有机废水
本实验中，采用对硝基氯苯（p-NC）为模式污染物，研究了N掺杂的TiO2陶瓷膜在光催化降解含盐有机废水中的效果。
在最佳实验条件下，即N掺杂浓度为1.7%，光照时间为60分钟，催化剂用量为15mg/L，反应体积为50mL时，含盐有机废水的COD可以降解达到90%以上。
结论：
本文采用溶胶-凝胶和后续的气相沉积法制备了N掺杂TiO2陶瓷膜，并研究了其对含盐有机废水的光催化降解效果。N掺杂能够有效地增强TiO2陶瓷膜的吸收光谱，并促进光生电荷的分离，从而提高其光催化性能。在最佳工艺条件下，含盐有机废水的COD可以降解达到90%以上。这些结果为TiO2掺杂研究提供了新的思路和方法，有望在实际应用中得到更好地推广和运用。
参考文献：
TkachovaK.,BoffaV.etal.(2018).“N-dopedTiO2photocatalysts:Effectofdopantprecursoronthephotocatalyticactivityandmechanism.”
JMaterSci:MaterElectron
.29(2),1566-1579.