自组装制备碘离子掺杂二氧化钛薄膜及光催化活性研究

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目前使用的催化剂中,TiO2具有:①良好化学稳定性,②较高的光催化活性,③无毒和④耐光化学腐蚀的特点,备受青睐,采用多种方法对二氧化钛进行掺杂改性,进而提高其降解有机物的催化活性,是当前环境材料研究的热门课题之一。本文研究了低温液相系统中,以石英玻璃片为基底,采用自组装单层膜(SAMs),以碘酸钾为掺杂剂制备出碘离子掺杂二氧化钛薄膜。并以甲基橙水溶液作为目标物,考察了不同的实验条件下,碘离子掺杂二氧化钛薄膜的光催化活性影响主要因素。论文的主要研究进展如下:1)在室温、pH为2.0的条件下,水浴处理4小时,得到-SH为外侧功能团的SAMs,通过自组装方法制备了碘离子掺杂二氧化钛薄膜。2)采用多种分析方法进行表征。透射电镜对该薄膜进行了物相及晶粒结构的分析。表明碘离子掺杂二氧化钛薄膜由颗粒状纳米晶相组成,粒径为5-10nm,并且具有良好的结晶效果。拉曼光谱分析进一步表明薄膜主要为金红石和锐钛矿混合型,荧光发射光谱观察碘离子掺杂二氧化钛对可见光也有较明显的响应,在450nm-500nm处有很强的荧光发射峰。3)以甲基橙水溶液为目标物,研究了碘离子掺杂二氧化钛薄膜的活性与光源能量、有无加入H2O2、目标物浓度、掺杂比例等因素的影响关系。结果表明,碘离子掺杂TiO2的光催化活性均有提高;碘离子含量为2mmol/L时效果最好,4)在紫外光照射3h和可见光照射5h,甲基橙的降解率分别达到99.5%和98%。在可见光照下,添加H202催化剂光催化效果1h的脱色率到达98%,较之未添加H202的样品脱色率提到了57%;5)在可见光条件下,碘离子掺杂二氧化钛薄膜经2次重复利用后,对甲基橙水溶液的降解率从99.5%降为50%。碘离子掺杂二氧化钛薄膜的光催化效果好,但是重复利用率低,尚需要深入研究。失活后再生的方法有在蒸馏水中超声处理20min和在0.1mol/LH2O2中超声处理5小时,脱色率分别提高了14.2%和30.6%。
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