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TiO2光催化技術(shù)是日益受到重視的污染治理新技術(shù)，但由于TiO2光催化活性低，限制了其工業(yè)化進(jìn)程。因此，設(shè)法提高其光催化活性引起人們的廣泛重視。 與常規(guī)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)具有燒結(jié)速度快、加熱均勻、降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時間、提高材料性能等一系列優(yōu)點，被譽為“21世紀(jì)新一代燒結(jié)技術(shù)”。 本文采用溶膠-凝膠法并結(jié)合微波燒結(jié)工藝制備了稀土摻雜光催化薄膜(La/TiO2、Pr/TiO2、Nd/TiO2、Sm/TiO2、Eu/TiO2、Gd/TiO2、Dy/TiO2、Ho/TiO2、Tm/TiO2、Y/TiO2)，以羅丹明B為降解物，以高壓汞燈為光源，通過單因素實驗考察了燒結(jié)過程中加熱方式、微波功率、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間以及稀土摻雜量、涂膜層數(shù)等因素對TiO2光催化活性的影響，確定了最佳工藝條件，并用TG-DSC、SEM、XRD等對材料進(jìn)行了表征。 首先，采用混合加熱方式成功地實現(xiàn)了稀土摻雜光催化薄膜的微波燒結(jié)，研究了微波燒結(jié)制備RE/TiO2光催化薄膜的工藝條件。結(jié)果表明，最佳微波燒結(jié)制度為：三段加熱，第一階段，以約7.5℃/min的升溫速率加熱至225℃，第二階段，以約7.9℃/min的升溫速率加熱至423℃，第三階段，以約9.2℃/min的升溫速率加熱至515℃；升溫時間65min；燒結(jié)溫度為515℃；在保溫裝置中保溫30min。與常規(guī)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)工藝制備RE/TiO2光催化薄膜的燒結(jié)溫度可由原來的600℃降低到515℃左右，燒結(jié)時間由原來的兩個多小時縮短到65min，而且提高了光催化薄膜的催化活性。 其次，系統(tǒng)地研究了十種稀土摻雜RE/TiO2光催化薄膜的光催化活性，確定最佳工藝條件分別為： La/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層，x(La)=0.10％；Pr/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為3層，x(Pr)=0.10％；Nd/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為3層、x(Nd)=0.15％；Sm/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為3層，x(Sm)=0.30％；Eu/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為2層、x(Eu)=0.35％；Gd/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層，x(Gd)=0.10％；Dy/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層、x(Dy)=0.30％；Ho/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層，x(Ho)=0.10％；Tm/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層、x(Tm)=0.10％；Y/TiO2薄膜：涂膜層數(shù)為1層、x(Y)=0.10％；其對模擬染料廢水羅丹明B的降解率依次達(dá)到：89.35％、89.34％、91.94％、90.00％、91.23％、92.94％、92.73％、93. 對樣品進(jìn)行TG-DSC分析發(fā)現(xiàn)，稀土摻雜能促進(jìn)銳鈦礦相提前出現(xiàn)，而抑制銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變。XRD分析結(jié)果表明，十種稀土摻雜TiO2薄膜均由銳鈦礦相組成。十種薄膜的平均粒徑依次約為24nm、16nm、24nm、19nm、24nm、24nm、16nm、24nm、24nm、24nm。對樣品進(jìn)行SEM分析發(fā)現(xiàn)，薄膜顆粒均發(fā)生不同程度的團(tuán)聚，薄膜表面存在大量的缺陷，顆粒比較均勻。與常規(guī)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)工藝制備的TiO2光催化薄膜微觀結(jié)構(gòu)比較均勻，晶粒細(xì)化。 Ho/TiO2薄膜存在下的反應(yīng)動力學(xué)分析表明，光催化反應(yīng)為二級反應(yīng)。反應(yīng)溫度為16℃時反應(yīng)速率常數(shù)k1=0.5571(h·mg/l)-1；反應(yīng)溫度為35℃時反應(yīng)速率常數(shù)k2=0.8544(h·mg/l)-1。該反應(yīng)的表觀活化能為16.657KJ·mol-1。 通過對亞甲基藍(lán)和甲基橙進(jìn)行降解實驗，發(fā)現(xiàn)稀土摻雜光催化薄膜對不同染料廢水都有降解能力，但對不同的染料降解效果不同。

    doi：
    10.7666/d.y853150
    關(guān)鍵詞：
    光催化 溶膠-凝膠法 微波燒結(jié) 薄膜 稀土
    作者：
    王紅偉
    學(xué)位授予單位：
    東北大學(xué)
    授予學(xué)位：
    碩士
    學(xué)科專業(yè)：
    有色金屬冶金
    導(dǎo)師姓名：
    劉奎仁
    學(xué)位年度：
    2006
    語種：
    中文
    分類號：
    O484.41 TQ134.11
    在線出版日期：
    2006年08月30日（萬方平臺首次上網(wǎng)日期，不代表論文的發(fā)表時間）