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N,F,Ce 三掺杂TiO2/Ti光催化处理染料废水研究

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N,F,Ce 三掺杂TiO2/Ti光催化处理染料废水研究

【摘要】:
TiO2因其具有催化活性强,化学稳定性好,低廉易得,对人体无毒等优点,在半导体光催化领域得到了重点研究.但TiO2较宽禁带宽度(3.2eV)使其只能被吸收波长小于387nm紫外光激发,而太阳光中紫外光仅占3%~5%,对免费资源-太阳光利用率非常低,并且TiO2被激发后产生光生电子和空穴非常容易复合,又大大降低了其量子转换效率.TiO2因其具有催化活性强,化学稳定性好,低廉易得,对人体无毒等优点,在
TiO2因其具有催化活性强,化学稳定性好,低廉易得,对人体无毒等优点,在半导体光催化领域得到了重点研究.但TiO2较宽禁带宽度(3.2eV)使其只能被吸收波长小于387nm紫外光激发,而太阳光中紫外光仅占3%~5%,对免费资源-太阳光利用率非常低,并且TiO2被激发后产生光生电子和空穴非常容易复合,又大大降低了其量子转换效率.
TiO2因其具有催化活性强,化学稳定性好,低廉易得,对人体无毒等优点,在半导体光催化领域得到了重点研究.但TiO2较宽禁带宽度(3.2eV)使其只能被吸收波长小于387nm紫外光激发,而太阳光中紫外光仅占3%~5%,对免费资源-太阳光利用率非常低,并且TiO2被激发后产生光生电子和空穴非常容易复合,又大大降低了其量子转换效率.因此,一方面降低TiO2禁带宽度,使其对可见光响应范围变大;另一方面降低光生电子和空穴复合率,进而提高其光催化活性.
 
黄国文等通过研究表明非金属掺杂(N,F,S和C)可以有效地改善TiO2对可见光响应.陈思等采用溶胶-凝胶法制备出氮和氟元素共掺杂TiO2,发现其在可见光条件下240min内对诱惑红染料降解脱色率达40%,是纯TiO22.09倍,并指出了氮和氟元素共掺杂协同作用使TiO2光生电子-空穴复合几率降低.由此可见,非金属掺杂TiO2可以有效改善其光催化剂可见光活性.除非金属元素之外,具有丰富能级结构和特殊光电学特性稀土金属元素成为金属离子掺杂改性TiO2中被重点采用离子之一.已有研究表明:大多数稀土离子掺杂改性TiO2后,不仅使其光生电子-空穴对分离速率加快,还可在其禁带中引入杂质能级,使其光谱响应波长向可见光方向移动,从而提高TiO2在紫外光及可见光下光催化活性.同时,稀土离子掺杂后TiO2比未掺杂TiO2晶粒尺寸更小,比表面积更大,吸附能力更高,进而改善其光催化性能.文梦葵等通过计算发现Ce离子掺入会使TiO2带隙明显变窄,吸收带边发生红移,有利于提高TiO2光催化活性.因此,稀土离子掺杂改性TiO2不仅可提高光生电子-空穴对分离速率,在禁带中引入杂质能级,扩展了TiO2光响应波长,还可减小TiO2晶粒尺寸,增大其比表面积,提高其吸附能力.本文以N,F两种非金属元素和Ce稀土金属元素共掺杂制备TiO2/Ti电极,以期扩展光催化剂光响应波长,提高其可见光催化效率.考察了掺杂TiO2/Ti电极制备条件和废水处理条件对光催化效率影响.
 
 
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