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在諸多半導體光催化材料中，由于TiO2具有化學穩(wěn)定性好、光催化效率高，成本低、無毒等優(yōu)點。天然非金屬礦物是理想的TiO2載體，采用特定技術(shù)可以使TiO2固定在礦物表面，形成納米晶體膜。礦物基納米TiO2光催化材料具有光催化性能穩(wěn)定持久、可反復利用等優(yōu)異特性，在環(huán)境工程、綠色生態(tài)建材領(lǐng)域顯示廣闊的應(yīng)用前景。 本文以高嶺石為載體，用溶膠-凝膠法制備高嶺石基納米TiO2光催化材料。重點研究了金屬離子摻雜和金屬氧化物直接熱合摻雜兩種方式修飾改性高嶺石基納米TiO2。用于摻雜改性的金屬離子有：Fe3+、Sn4+、Zn2+；用于直接熱合的金屬氧化物有：Fe2O3、ZnO、V2O5。 對高嶺石基納米TiO2光催化劑進行表征，分析高嶺石表面、界面特性。分別用XRD、Raman、IR、TEM、AFM、XPS等手段進行表征。TiO2的平均粒徑為1-10nm。從選區(qū)電子衍射圖片和AFM圖象看出TiO2結(jié)晶完整、有序度高。高嶺石表面大面積覆蓋著單層納米TiO2晶體膜。同時也檢測出金屬離子和氧化物在TiO2薄膜中存在的狀態(tài)，從而揭示界面的某些特性及反應(yīng)的可能機理。 為評價高嶺石基納米TiO2光催化劑的光催化活性，以含偶氮染料的云母珠光顏料工業(yè)廢水為研究對象，研究表明，兩種摻雜方式均可提高TiO2的光催化活性，并使得TiO2的光譜響應(yīng)范圍向可見光區(qū)拓展。 研究表明：高嶺石基納米TiO2光催化材料的制備條件為反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間3h，干燥溫度70℃，焙燒溫度600℃。 紫外光下，當摻雜1.0％Fe3+時，偶氮染料的降解脫色率為97.6％；摻雜1.5％Sn4+降解脫色率為97.2％；研究認為摻雜Zn2+的高嶺石基納米TiO2光催化劑，不能提高光催化活性。自然光下，F(xiàn)e3+摻雜TiO2使廢水的降解效果提高了29.10％；Sn4+摻雜使TiO2的降解效果提高了34.04％。Fe3+、Sn4+的摻雜使TiO2的光譜響應(yīng)范圍向可見光區(qū)拓展，有利于增強催化劑對可見光的吸收。 Fe2O3直接熱合摻雜有效地提高了光催化劑的催化活性并拓展了TiO2的光譜響應(yīng)范圍。紫外光下，0.5％Fe2O3直接熱合摻雜的高嶺石基納米TiO2光催化劑對廢水的脫色率為98.8％；太陽光下，0.5％Fe2O3直接熱合摻雜時，廢水脫色率提高了38.9％。ZnO直接熱合摻雜時，隨著摻雜ZnO添加量變化，廢水的脫色率變化呈不穩(wěn)定不規(guī)則性，但是總體上光催化活性均有所提高。研究還認為V2O5的直接熱合摻雜不能提高材料的光催化活性。 本文還研究了高嶺石基納米TiO2光催化材料的重復利用性。實驗表明：該催化材料可重復使用且易于回收。

    doi：
    10.7666/d.y813072
    關(guān)鍵詞：
    納米二氧化鈦 摻雜改性 光催化活性 偶氮染料 高嶺石
    作者：
    白春華
    學位授予單位：
    武漢理工大學
    授予學位：
    碩士
    學科專業(yè)：
    礦物加工工程
    導師姓名：
    雷紹民
    學位年度：
    2005
    語種：
    中文
    分類號：
    TD982 TN304.2
    在線出版日期：
    2006年07月09日（萬方平臺首次上網(wǎng)日期，不代表論文的發(fā)表時間）