TiO2光催化性能研究综述

论文总字数：17854字

摘 要

随着世界各国的发展，环境问题越来越严重了，而二氧化钛光催化技术凭借着本身无污染，稳定性好，催化效率高等优点，变成了处理环境问题最主要的方法。本文着重介绍了光催化原理、影响光催化性能的因素（二氧化钛晶型、载体、pH以及光源和光照强度等）、以提高光催化性能的改性方法（贵金属表面沉积、金属和非金属离子掺杂、光敏化等）以及TiO₂的主要应用（降解造纸废水、垃圾渗滤液和表面活性剂废水等），并在最后对二氧化钛光催化的前景作出展望。

关键词：TiO₂；光催化；改性

Review on photocatalytic properties of TiO₂

Abstract

With the development of the world, the environmental problems become more and more seri-ous, and the titanium dioxide technology becomes the main method to deal with the environmentalproblems because of its advantages of no pollution, good stability and high catalytic efficiency. Inthis paper, the principle of photocatalysis, the factors affecting the photocatalysis properties (crysta-l form, carrier, Ph, light source and light intensity, etc.) , the modification methods to improve thephotocatalysis properties (surface deposition of noble metals, doping of metal and nonmetal ions, photosensitization, etc.) and the main application of TIO2(degradation of papermaking wastewater,landfill leachate and Surfactant wastewater) are introduced,finally, the prospect of titanium dioxide photocatalysis is prospected.

Keywards: TiO₂; Photocatalysis; Modified

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

第二章 二氧化钛光催化 2

2.1纳米二氧化钛简介 2

2.2光催化原理 2

第三章 不同方法合成二氧化钛光催化性能研究 4

3.1溶胶-凝胶法 4

3.2均匀沉淀法 4

3.3水热法 4

3.4结论 5

第四章 光催化性能的影响因素 6

4.1结构与性质 6

4.1.1晶型的影响 6

4.1.2粒径的影响 6

4.1.3表面积的影响 6

4.1.4焙烧温度的影响 7

4.2 pH 7

4.3载体 7

4.4掺杂剂 7

4.5污染物含量和催化剂用量 7

4.6光源和光照强度 8

4.7外加氧化剂 8

4.8 TiO₂投加量 8

第五章 二氧化钛光催化改性 9

5.1表面沉积贵重金属 9

5.2离子掺杂 9

5.2.1金属离子掺杂 9

5.2.2非金属离子掺杂 10

5.3与其他半导体复合 10

5.4加入氧化剂 10

5.5光电催化 10

5.6光敏化 11

5.6.1有机染料敏化 11

5.6.2无机敏化 11

5.6.3导电高聚物敏化 11

5.7多种改性方法共同使用 12

第六章 二氧化钛降解有机物的应用 13

6.1有机磷农药废水 13

6.2垃圾渗滤液 14

6.3印染废水 14

6.4造纸废水 14

6.5含油废水 14

6.6表面活性剂废水 14

6.7饮用水 15

6.8大气污染防治 15

6.8.1氧氮化物净化 15

6.8.2硫化物净化 16

6.8.3有机污染物净化 16

6.8.4还原二氧化碳 16

6.8.5甲醛净化 17

6.9杀菌灭藻 17

第七章 展望 18

致谢 19

参考文献 20

第一章 引 言

1996年诺贝尔化学奖获得者理查德·斯莫利在晚年提出了人类未来五十年会面临的十大问题，其中包括人口、教育、疾病和环境等。显而易见，随着世界各国的飞速发展，环境问题也越发严重起来，水污染、荒漠化、大气污染等等严重影响着人们工作和生活，也慢慢摧残着人类的身体。现如今环境的保护及治理方法已经变成了炙手可热的研究话题。因此，半导体光催化降解污染物成功引起了研究热潮。根据统计，我国在2015年前四十年发表关于光催化文章的数量由图1.1所示，从图中可以明显看出，自2000年来，关于光催化文章数量呈指数函数式上升^[1]。

图 1.1 中国四十年来关于光催化文章数量统计图

1972年，Honda等人发现当光照射在二氧化钛上时，水会不断发生氧化还原反应，产生氢，这一发现标志着二氧化钛光催化的开端。1977年，美国科学家Frank等研究发现二氧化钛具有有效催化CN^-和SO₃^2-的能力^[2]，使得二氧化钛得到了更多的关注。通常凭借半导体在光照条件下的稳定性、波长的影响范围以及光催化的效率来评价一种光催化剂的活性高低^[3]。稳定性好、具有强氧化能力、催化效率高、比表面积大、紫外光吸收能力强、无毒无害并且没有二次污染的优点让它被广泛应用于处理污染问题^[3]。

将二氧化钛光催化技术与传统的污染治理技术相比，存在许多方面的优势：① 传统高温燃烧技术需要在高温下才能进行催化氧化，而二氧化钛光催化技术只需在常温下就能对水中空气中等污染物进行催化氧化；② 传统活性炭吸附法只是转移了污染物，并没有实际解决问题，而且吸附剂有可能会带来二次污染的问题，二氧化钛光催化技术利用太阳光作为光源，发生氧化还原反应降解污染物；③ 二氧化钛光催化反应使用范围很广，都是使用绿色催化剂，不需要化学氧化，有机物降解速率：杂原子gt;芳环gt;烷基链，跟常规生物降解技术的降解速率完全相反^[2]。

随着时间的推移，二氧化钛光催化技术会变得越来越成熟，会应用到更加广泛的方面上去。

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