杨娟玉[1]2004年在《掺铁纳米二氧化钛的制备表征及其光催化效能研究》文中研究指明本文采用溶胶—凝胶法制备出纯纳米二氧化钛和掺铁纳米二氧化钛溶胶溶液，用冷冻干燥的方法干燥成干凝胶粉，在不同的温度下煅烧生成纳米粉末。首次采用冷冻干燥的方法干燥溶胶溶液，有效地解决了溶胶粒子的粒径受干燥过程中温度影响大的难题，且干燥时间大大缩短；在钛酸四丁酯用量为10ml的情况下，实验得出最佳反应温度为40℃、反应体系加水量为60ml、溶液的pH值为1.0、最佳煅烧温度为400℃、最佳掺铁量为0.05％。 采用差热—热重法、激光粒度分析法、X射线衍射线法和扫描电镜对煅烧后的纳米粉末结构进行表征。由测定结果可知，在400℃下，纯纳米二氧化钛为锐钛矿型、粒径为70.1nm、比表面积为72.4m~2／g的球形粒子；0.05％的掺铁纳米二氧化钛为锐钛矿型、粒径为63.4nm、比表面积为82.2m~2/g的球形粒子。此外，掺铁使得纳米二氧化钛的晶相转变温度提高，同时也抑制了粒子在煅烧过程中的粒径生长和团聚。从紫外一可见分光光度分析可知在整个可见光区掺铁纳米二氧化钛比纯纳米二氧化钛的吸光度增强，整个吸收边带红移，说明掺铁有利于对可见光的吸收。对苯酚水溶液的光催化降解研究结果表明，紫外光照4h后掺铁纳米二氧化钛的光催化活性比纯纳米二氧化钛提高了1.6倍。
胡海[2]2007年在《泡沫金属负载纳米TiO_2的制备、表征及其光催化性能的研究》文中进行了进一步梳理光催化技术是一项环境友好的技术,在环境净化领域,特别是在治理室内空气污染领域的应用前景诱人。然而,由于纳米TiO_2颗粒细微,在气相光催化过程中易于损失,难以回收,不利于催化剂的再生和再利用,给实际应用带来了一定困难。制备负载型纳米TiO_2光催化剂,既可以解决催化剂分离回收的难题,还可以克服催化剂颗粒易团聚和稳定性差的缺点,也是应用活性组分和载体的各种功能组合来设计催化反应器的理想途径。载体的选择直接影响催化剂的活性。常用的光催化剂载体如玻璃球、玻璃纤维、活性炭、沸石、多孔陶瓷和硅胶等等,均存在一定的局限性,而泡沫金属材料作为光催化剂的载体具有热稳定性好和机械强度高等优点,它能够分散负载组分并赋予其较好的稳定性,对光能具有良好的利用率,尤其是其均匀的开孔结构具有优良的流体力学性能,作为光催化剂的载体应用于气相光催化领域有非常显着的优势。光催化剂的负载虽然可以解决回收等一系列技术问题,但是也不可避免地引起了纳米光催化剂比表面积的降低,从而降低光催化剂的活性。因此必须通过载体改性和优化负载工艺来提高载体和催化剂的比表面积,增大负载光催化剂活性点的数量,提高光催化活性。用传统方法在高温条件下制备TiO_2,不仅能耗高、光催化剂的比表面积小,而且对载体的影响大。如果能在低温条件下制备出晶相较好、活性高的TiO_2,就可以解决一系列的实用技术问题。此外,由于TiO_2的量子效率偏低且只能响应紫外光,限制了TiO_2的实际应用,可以通过对TiO_2改性提高其光催化效率和实现对可见光的响应,更充分地利用光能。本文利用泡沫镍作为载体,通过对载体进行改性和优化负载工艺,制备高活性的泡沫镍基纳米TiO_2光催化剂;通过负载具有大比表面积的中孔材料中间层,增大泡沫镍载体的比表面积,提高复合光催化剂的光催化活性和稳定性;通过低温条件制备比表面积大、光催化活性好的纳米TiO_2,减少对载体的影响;利用表面贵金属Pt沉积和过渡金属Fe3+离子掺杂等方法提高光催化剂的活性和扩展光催化剂的光谱吸收范围,提高光能的利用率。同时,结合XRD、BET、TEM、EPR、XPS和SEM等测试手段,对各种泡沫镍基复合光催化剂的负载方法和光催化性能进行了研究,对载体特性对纳米TiO_2光催化活性影响和Pt沉积与Fe3+掺杂提高TiO_2光催化活性的机理进行了讨论,对某些实用化的关键技术也进行了探讨。论文的研究内容和创新性工作包括:1.采用溶胶-凝胶法制备泡沫镍基TiO_2光催化剂,研究了泡沫镍载体的预氧化处理和TiO_2的负载次数对光催化剂结构和性能的影响。研究表明:对泡沫镍进行预氧化处理,其比表面积在400 oC到550 oC范围内随着预氧化温度的升高而增大,泡沫镍载体经550 oC预氧化处理后,比表面积较原始泡沫镍约增大一倍,因此可以增加TiO_2的负载量。预氧化处理在载体表面形成的氧化镍可以有效地阻止光生电子向金属载体的迁移,使光催化活性得到提高。经预氧化处理的泡沫镍负载TiO_2的光催化活性比未经预氧化处理的泡沫镍负载TiO_2提高近90 %。在泡沫镍上重复负载TiO_2,增加了TiO_2的负载量,但并不能持续提高光催化剂的比表面积,在重复负载2次后综合效果最佳,光催化活性较负载1次时提高近13 %。在泡沫镍上负载的TiO_2光催化剂由于泡沫镍载体中镍离子在高温加热时的扩散形成镍掺杂的TiO_2,吸收范围扩展到可见光区(λ< 520 nm),在可见光下具有较好的光催化活性。2.采用溶胶-凝胶法在泡沫镍上负载中孔二氧化硅、叁氧化二铝以及硅酸铝等中间层,制备泡沫镍基TiO_2/SiO2、TiO_2/Al2O3和TiO_2/Al2O3-SiO2等复合光催化剂。负载中间层后泡沫镍载体的比表面积急剧增大,最高可达167.2 m2 g-1,复合光催化剂的比表面积也可达到近30 m2 g-1,是未负载中间层的泡沫镍基TiO_2光催化剂比表面积的30多倍,提高了负载光催化剂活性点数量,而且中间层可以有效地阻止光生电子向金属载体的迁移,使泡沫镍基复合光催化剂的催化活性和稳定性显着提高。提高复合光催化剂对乙醛的预吸附,可以在催化剂表面附近形成污染物浓度相对较高的环境,有利于光催化反应的进行,但是增大对污染物的预吸附并不是提高光催化剂活性的必要条件,复合光催化剂比表面积的增大才是决定因素。研究结果表明:泡沫镍基复合光催化剂对乙醛的降解率由未负载中间层时照射360 min降解率为90 %提高到照射60 min可降解近100 %;光催化剂的稳定性也由未负载中间层时连续5次试验后光催化效率降低50 %以上,提高到连续10次试验后光催化效率只降低近15 %。3.用溶胶-凝胶法低温制备金红石相和锐钛矿相的纳米TiO_2和相应的泡沫镍基TiO_2光催化剂。低温制备法在室温下干燥即可形成金红石或锐钛矿相TiO_2的晶相,在相对较低的温度下加热可形成晶相较好的锐钛矿相纳米TiO_2。研究结果表明:低温制备的泡沫镍基锐钛矿相TiO_2光催化剂比金红石相TiO_2光催化剂的光催化活性高。在制备温度同为240 oC时,金红石相TiO_2光催化剂在紫外光照射420 min后乙醛的降解率只能达到40 %;而锐钛矿相TiO_2光催化剂在紫外光照射120 min后乙醛的降解率可达到近100 %。4.用光催化沉积法和热还原法在泡沫镍基TiO_2光催化剂上沉积贵金属Pt,制备泡沫镍基Pt/TiO_2光催化剂。研究表明:沉积Pt以后光催化活性显着提高,降解乙醛的速率比TiO_2光催化剂至少提高3倍以上。在本试验中Pt的沉积量为0.3 wt %时,Pt/TiO_2的光催化活性达到最高值;超过0.3 wt %以后,其光催化活性反而略有下降。由于Pt的沉积在Pt-TiO_2界面上形成了Schottky势垒,为阻止光生电子-空穴的复合提供了有效的电子捕获阱,减小了光生电子和空穴的复合率,从而提高了光催化剂的光催化活性;但是当沉积过量Pt时,金属反而有可能转变为电子-空穴对的复合中心,增大电子空穴的复合几率;同时金属对紫外光的屏蔽作用会增加,从而使得光催化剂产生的电子和空穴减少,降低了光催化活性。所以Pt在TiO_2表面的负载量应该控制在一个合适的范围内才能有效地提高催化剂活性。5.用溶胶-凝胶法制备过渡金属Fe3+掺杂的泡沫镍基Fe/TiO_2光催化剂,研究表明:掺杂Fe3+后TiO_2的吸收边随着掺杂Fe3+浓度的升高而逐渐红移,最高可达到近600 nm;锐钛矿TiO_2晶相以及泡沫镍基Fe/TiO_2光催化剂对乙醛气体的吸附并未由于掺杂而发生明显变化;在本实验中,随着掺铁量的增加Fe/TiO_2的光催化活性增加,Fe3+掺杂量为0.3 wt %时对乙醛的降解率最高,超过0.3 wt %以后其光催化活性反而略有下降,显示Fe3+的掺杂存在最佳的浓度。由于掺杂的Fe3+在TiO_2晶格中能够起到浅势捕获阱的作用,通过Fe3+的氧化和还原同时俘获光生电子和空穴,通过降低光生电子-空穴对的复合几率而提高了光催化效率;而当Fe3+的掺杂量继续增加后,电子和空穴陷阱点距离缩短,电子或空穴由体相向表相的迁移过程中遇到了更多的捕获阱,此时Fe3+反而成为间接的光生电子-空穴的复合中心,降低了光催化活性。本研究制备的泡沫镍基TiO_2光催化剂通过对载体预处理、重复负载TiO_2、负载中孔中间层和催化剂改性等方法,获得了较高的光催化活性。所开发的一系列泡沫镍基TiO_2光催化剂部分产品已经市场化,在上海博物馆青铜器库房中也获得成功的应用,取得了良好的社会和经济效益。
甘金朝[3]2017年在《Fe-TiO_2/BiOI的制备、表征和光催化活性》文中研究表明本文致力于提高TiO2在可见光下的光催化性能。通过水热法制备Fe-TiO2及纯BiOI,采用机械复合、烧结的方法制备出在可见光下光催化性能更好的复合光催化剂Fe-TiO2/BiOI。采用比表面与孔径分析仪、X射线光电子能谱、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射、紫外分光光度计等表征手段对物质进行表征。在可见光照射下,以降解水中甲基橙含量为探针反应,研究复合催化剂的光催化性能。同时从半导体异质结理论方面,解释复合光催化剂活性提高的原因。(1)Fe-TiO2/BiOI复合光催化剂的光催化性能研究:本文通过机械复合、烧结的方法把水热法制备Fe-TiO2及纯BiOI复合,制备出一系列的x%Fe-TiO2/yBiOI(x=0.1、0.2、0.5、1、2;y=0.11、0.25、0.43、0.67、1、1.5、2.33、4、9)。以降解甲基橙溶液为探针反应,研究了其在可见光下的光催化活性。实验数据显示:掺杂铁离子后,在可见光下,Fe-TiO2的光催化活性优于纯TiO2,复合光催化剂Fe-TiO2/BiOI的光催化活性随着铁离子浓度的增加先增大后减少,最佳掺杂浓度为x=0.5;在同一铁离子浓度下,不同的复合比所获得的光催化剂在可见光下的光催化活性随着y的增大先先增大后减少,最佳复合比y=4。0.5%Fe-TiO2/4BiOI具有最优的光催化活性,其表观速率常数是纯TiO2的3152倍,0.5%Fe-TiO2的111.3倍,纯BiOI的1.67倍。(2)p-p异质结对0.5%Fe-TiO2/4BiOI复合光催化剂活性的影响:在复合催化剂的制备过程中,Fe-TiO2与Bi OI通过机械复合与烧结的作用紧密结合,在二者的界面处形成了p-p异质结。由于BiOI禁带宽度较小,对可见光的吸收能力较Fe-TiO2强很多。异质结复合半导体光催化剂显示出了比其中任何一光催化剂显示更加优异的光催化活性。这是因为在机械复合的Fe-TiO2及BiOI的制备Fe-TiO2/BiOI过程中,它们在界面紧密结合在一起,形成p-p异质结。在可见光照射下,BiOI作为可见光敏化剂把光激发下产生的光生电子从它的导带转给转移到Fe-TiO2,而在Bi OI价带上会累积大量的光生空穴。因为Fe-TiO2的费米能级高于BiOI,电子由费米能级高的流向低的,在p-p异质结处形成了内建电场。当复合光催化剂吸收光产生光生载流子时,光生电子向内建电场相反的方向移动,即向Fe-TiO2一端移动;而光生空穴向内建电场相同的方向移动,即向BiOI一端移动。这样就有效地提升了光生电子-空穴的分离率,有利于光催化活性的提升。
陈秋[4]2017年在《改性纳米二氧化钛光催化处理水中重金属的效能及机理研究》文中认为随着工业的不断发展,我国重金属废水污染日趋严重,对生态安全带来了巨大危害。其中含铬废水排放量大,毒性高,如何对含铬废水进行合理处置已成为了人们关注的焦点。纳米二氧化钛作为一种高效的光催化剂被广泛应用于重金属废水处理领域。由于常规纳米二氧化钛光催化技术存在处理效率低,对光线利用率不高等缺点,本文针对其进行了改性研究,并对粉末改性二氧化钛及负载型改性二氧化钛处理含六价铬废水进行了试验研究。通过正交试验法研究了在二氧化钛溶胶-凝胶法制备过程中药剂投加比例和焙烧温度对制备产物的光催化性能的影响,并以氯化铁为铁源,氟化铵为氟源,对不同Fe、F掺杂量对光催化性能的影响进行研究,并研究了纳米二氧化钛和改性二氧化钛处理六价铬的反应动力学模型,利用SEM、EDS、XRD等检测手段对制备得到的Fe/F共掺杂二氧化钛进行了检测分析。结果表明,钛酸四丁酯:水:乙醇:乙酸=3:5:14:2(体积比),焙烧温度为450℃,Fe、F掺杂量分别为0.60%(摩尔比)、2.00%(摩尔比)条件下制备的Fe/F共掺杂二氧化钛的光催化活性最强。通过单因素试验对粉末Fe/F共掺杂二氧化钛的影响因素进行了研究,结果表明,随着原水污染物浓度的升高,六价铬的光催化去除率逐渐降低,且反应速率也随之下降;随着投加量的增加,六价铬的光催化去除率先升高后降低;随着pH的升高,六价铬的光催化去除率逐渐降低。原水六价铬浓度为15mg/L,Fe/F共掺杂二氧化钛投加量为1g/L,原水pH=3条件下,六价铬的光催化去除率可达55%。研究甲酸投加量、水力停留时间、原水pH及原水六价铬浓度对负载型Fe/F共掺杂二氧化钛反应装置的运行效果的影响,通过设计单因素试验和响应曲面试验,来确定反应装置的最佳运行工况。结果表明,随着甲酸投加量的增加、水力停留时间的增长、原水pH的降低、原水六价铬浓度的降低,反应装置对六价铬的光催化去除率逐渐升高,并得到原水六价铬浓度为15mg/L时,反应装置的最优运行工况为pH=6,水力停留时间为2h,甲酸投加量为1g/L。
陈月梅[5]2016年在《TiO_2与改性TiO_2介孔微球的制备及其光催化和抗菌性能研究》文中研究指明半导体光催化技术具有能耗低、操作简单、反应条件温和、可直接利用太阳能等优势,有望成为21世纪里有效解决“能源”和“环境”两大问题的重要途径。二氧化钛(TiO_2)因高效、价廉、无毒等特点成为了人们关注的焦点。尤其是纳米TiO_2粉体,比表面积大、光催化性能优异,而被广泛应用于水质和土壤净化、空气净化、光催化杀菌等领域。但是小粒径的光催化剂存在易聚失活,应用过程中有部分催化剂流失,应用完难以分离回收等问题而增加了污水处理的成本。大颗粒的介孔TiO_2是解决这难题的途径之一。粒径大,使得催化剂在悬浮体系里能更好地分离,而介孔结构则提供了大的比表面积,提高催化剂的光催化性能。本论文的研究方法是利用生产成本低,简单可操作的水热合成法来制备介孔TiO_2微球以及负载型介孔TiO_2微球并对二者的光催化和抗菌性能进行了研究。具体内容如下:(1)介孔TiO_2微球的制备。以钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,无水乙醇(EtOH)和冰乙酸(HAc)为溶剂,通过“控制水的释放速度”来水解晶化合成粒径不一的介孔TiO_2。其中,以TBOT为1.05 m L,EtOH与HAc的配比为1.5:8.5时所制备的微球较均匀(PDI为0.005),粒径适中(约0.85μm),比表面积达148.2 m2/g。经过140 min紫外照射和催化后,罗丹明B(RhB)溶液降解了70.76%。(2)Ag/TiO_2微球的制备及光催化和抗菌性能的表征。以硝酸银(AgNO_3)为负载金属的来源,在高温条件下,利用EtOH的还原性将Ag+还原为Ag纳米粒子(NPs)。所得的Ag NPs负载在TiO_2内,且分布均匀。当Ag+的添加量为0.2 wt%时有较好的光催化性能,改性TiO_2对RhB的降解速率是改性前的5.3倍。140 min可达99.76%。另外,无光照情况下,银添加量为10 wt%的样品对E.coli的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)分别为15 mg/L、20 mg/L;对S.aureus的MIC为10 mg/L,MBC为80 mg/L。与纯Ag NPs相比,改性后的粒子对E.coli和S.aureus表现出更佳的抗菌性能。(3)Fe~(3+)/TiO_2微球的制备及性能测试。以硝酸铁(Fe(NO_3)_3·9H_2O)为金属离子的来源,采用“一锅法”对TiO_2进行改性。SEM表征可知铁源中的结晶水影响着TiO_2的水解,从而形成了不同粒径的复合粒子。透射电镜、X-射线衍射仪、光电能谱仪等表征证明Fe元素以Fe~(3+)的形式与TiO_2形成Fe-O-Ti固溶体。光催化降解RhB溶液测试可知样品的降解能力随着掺杂量的增加而降低,且无光照抗菌测试结果表明,样品对E.coli和S.aureus均无抑制作用。
王志义[6]2006年在《纳米复合TiO_2粉体的相结构、耐热及抗菌性能研究》文中指出纳米光催化抗菌陶瓷具有广谱抗菌、杀菌彻底、持久、无毒健康、环境友好等优点,是传统银系抗菌陶瓷的换代产品。但是纳米钛系抗菌剂耐热性较差,制约了纳米抗菌陶瓷的应用和发展。本文从提高纳米钛系抗菌剂的耐热性和光催化性能出发,采用Al2O3、SO42-、ZnO、SnO2、La2O3等异质复合相,利用纳米复合的方法,综合考察了异质复合相的引入对纳米二氧化钛的晶粒生长、晶型转化、紫外-可见光响应和抗菌性能的影响。本文还着重探讨了纳米复合TiO2光催化剂的结构机理,提出了异质复合相在纳米TiO2表面“均匀表面吸附”结构模型和结构组元之间“键和约束机制”,合理地解释了本论文试验的结果。同时,确定了适于提高纳米钛系抗菌剂耐温性的异质复合相的选择原则。主要结果如下:液相共沉淀法是形成表面均匀吸附结构,即复合结构的简单而有效的手段。制备过程中的各种因素,如反应方式、反应物浓度、脱水方式、沉淀剂种类、反应温度、滴加速度与搅拌速度、陈化、热处理的温度与时间等都对TiO2纳米晶的高温粉体特性,如颗粒形貌、粒径等产生影响。纳米二氧化钛经Al2O3复合改性后,700-900℃煅烧后为稳定的锐钛矿结构,950-1050℃之间为相对含量不同的TiO2纳米混晶结构,锐钛矿和金红石之间的比例波动在80:20-20:80之间;950℃煅烧后的复合晶晶粒为均匀分散的球状粒子,几乎无团聚现象,粒径平均在20-30nm左右。平皿法定性试验表明,800-950℃煅烧后的纳米晶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能良好,抑菌圈明晰,抑菌圈直径明显超过700℃TiO2纯纳米晶的直径。纳米二氧化钛经Al2O3和硫酸根离子混合复合改性后,锐钛矿到金红石的晶型转变和晶粒生长进一步得到了抑制,800-1050℃煅烧后仍为稳定的锐钛矿结构,粒子为球形,分散均匀,细小,粒径波动在6nm到20nm之间;1050-1150℃之间为不同相对含量的TiO2纳米混晶结构。平皿法定性试验表明,950-1050℃煅烧后的TiO2纳米晶,同样表现出了良好的对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗
汪恂[7]2008年在《玻璃基纳米复合TiO_2光催化膜的制备与灭菌性能研究》文中进行了进一步梳理世界范围内生态环保意识的不断加强及传统材料的日益匮乏,为抗菌材料的研究提供了社会背景和生态意义。复合纳米TiO_2这类生态环保抗菌材料是当前研究的热点之一。它不仅可以解决TiO_2的分散与固定化问题,而且通过载体的吸附作用可以在催化剂表面区域形成反应物的富集,促进传质过程,从而提高光催化反应的效率。本文的研究内容主要包括叁个部分:(1)金属掺杂玻璃基纳米TiO_2膜的制备、合成、表征及评价;(2)通过含偶氮染料云母珠光颜料工业废水的光催化降解,探索玻璃基纳米TiO_2膜的制备条件并对其光催化氧化性能进行评价;(3)改性TiO_2膜的光催化灭菌研究。文中系统研究了制备玻璃基纳米TiO_2膜的基础性问题;探索并优化在基材表面制备纳米TiO_2膜的工艺条件;重点研究了主要因素影响玻璃基纳米TiO_2晶体结构的规律;分析了掺杂合成的微观机制和界面、表面反应机理;利用TiO_2光催化降解偶氮废水研究影响TiO_2活性的制备条件;探讨了TiO_2膜的光催化杀灭细菌机理;首次利用TEM对古菌光催化杀灭过程进行表征。分析了古菌的结构及光催化灭菌的反应历程。具体的研究内容如下:一、玻璃基纳米TiO_2晶体膜的制备、表征及性能1.系统地考察了影响玻璃基纳米二氧化钛光催化活性的诸因素。重点研究了前躯体配比、干燥温度、煅烧温度、煅烧时间及镀膜次数等因素对玻璃基二氧化钛晶相结构及光催化活性的影响。2.通过实验分析,采用溶胶—凝胶法制备出纯二氧化钛和掺铁、掺铈二氧化钛溶胶,镀膜于载玻片上,解决了以往纳米二氧化钛光催化剂难以回收的问题。3.通过实验确定影响制备玻璃基纳米TiO_2的因素主次顺序为:前驱体配比>煅烧温度>煅烧时间>溶胶反应温度。Ti(OC_4H_9)_4:C_2H_5OH:HNO_3:H_2O=1:15:0.35:2;煅烧时间为2.0h;煅烧温度为450℃;溶胶反应温度为40℃。选择镀膜次数为2次。煅烧温度450℃是玻璃基材表面锐钛矿二氧化钛晶相最稳定的生成温度。二、金属掺杂玻璃基纳米TiO_2晶体膜的合成、表征及评价1.为验证光催化材料扩大光谱可利用范围,研究了光激发源由紫外光延至可见光的可能性和效果。2.采用XRD、UV-Vis、HRTEM等技术对玻璃基掺杂金属离子纳米TiO_2光催化材料的晶体结构、分子结构、表面化学元素组成及化学状态、纳米TiO_2晶体膜进行综合表征分析。叁、含偶氮染料云母珠光颜料工业废水的光催化降解1.研究了一种反应速度快、降解脱色率高的催化降解工艺方法,使光催化研究取得了新的进展。2.二氧化钛光催化降解偶氮染料的反应机理是:TiO_2光催化氧化降解偶氮染料的过程是一个首先破坏C-O-C、C-C键,而后N=N双键断开的过程。四、改性TiO_2膜的光催化灭菌作用1.针对改性TiO_2膜的光催化灭菌效率进行了研究:以革兰氏阳性及阴性代表菌种和枯草芽孢杆菌为研究对象,利用电镜表征细菌细胞形态的变化情况,同时采用平板计数法评估改性TiO_2膜的杀菌效果。研究结果表明,改性TiO_2膜杀菌效率明显高于纯TiO_2膜。如Fe~(3+)掺杂使TiO_2膜的大肠杆菌杀菌率由87.4%提高至95.8%,金黄葡萄球菌杀菌率由79.4%提高至88.3%,枯草芽孢杆菌杀菌率由80.4%提高至86.3%。Ce~(4+)的掺杂使TiO_2膜的大肠杆菌杀菌率由87.4%提高至92.7%,金黄葡萄球菌杀菌率由79.4%提高至94.3%,枯草芽孢杆菌杀菌率由80.4%提高至87.7%。由此可知,一定比例的金属掺杂可提高TiO_2膜的杀菌效果。2.首次对微生物叁域中的古菌进行了光催化灭菌研究。采用365nm、310nm紫外线反应时间40分钟可杀死绝大多数古菌。含Fe~(3+)-TiO_2膜的杀菌作用优于纯TiO_2膜,J7菌杀菌率由88.6%提高至94.5%,同等情况310nm紫外线杀菌率从90.7%提高至93.5%。同样含Ce~(4+)-TiO_2膜的杀菌作用优于纯TiO_2膜,J7菌杀菌率由88.6%提高至95.3%,同等情况310nm杀菌率由88.7%提高至94.8%。3.本文首次探讨了不同TiO_2膜对古菌的光催化杀灭机理。在紫外线的照射下,TiO_2生成·OH自由基和H_2O_2。依赖于细胞膜上独特的Na~+-K~+交换体系,J7嗜盐古菌能够在高盐环境下生存。古菌借助于该体系迅速外排Na+离子,从而使胞内Na~+离子浓度维持在正常范围。在TiO_2光催化剂与古菌反应时,外排的大量Na~+离子可能会与Ti键产生相斥作用,使羟基自由基(·OH)与活性氧类物质通过破坏菌壁杀伤J7嗜盐古菌的效能下降。而H202的穿透性强,能够进入古菌细胞导致菌内蛋白质变性分解,DNA分子发生断裂。由此可知,TiO_2主要是通过破坏古菌内部结构及导致K~+离子的大量泄露致使古菌死亡。4.目前,TiO_2灭菌研究仅限于细菌域与真核生物域。本文首次利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)对古菌死亡过程进行了表征,填补了TiO_2灭菌研究从未涉及古菌域的空白。同时通过探讨古菌的灭菌机理,为深入揭示古菌与其它两域生命形式之间的进化关系提供了新的思路。
于贞[8]2011年在《不同形貌氧化钛的水热制备及其光催化性能》文中认为近年来大量工业废水的排放给生态环境带来了极大的危害,如何治理污染已成为全世界关注的重点问题。在水污染控制尤其是在处理废水中难以降解的有机污染物方面,非均相半导体光催化技术具有独特的优越性。在众多的氧化物半导体材料中,纳米TiO_2作为一种性能优良的光催化剂,因其具有在光照下的强氧化性、无毒和长期稳定性等优点成为治理环境污染的研究热点。目前的研究大多数是针对纳米级TiO_2的改性来提高其光催化活性,但是纳米级粉体催化剂应用在液相体系中存在难以回收,增加废水处理成本等问题。针对这种情况,本研究着眼于控制TiO_2颗粒的尺寸和形貌,将其控制在微米级,在保证光催化性能的同时也解决了催化剂回收循环利用的问题。研究内容主要包括以下几点:1.采用较稳定的金红石相TiO_2为反应物,水热制备出大比表面积的钛酸,经过煅烧后得到混合晶型的介孔TiO_2片晶。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附对制备的样品进行了表征。研究了反应温度、反应物浓度等参数对样品的形貌和结晶度等的影响,初步提出二氧化钛片晶的形成机理。实验结果表明合成的TiO_2片晶光催化性能略优于德国德固赛P25。研究发现通过控制反应温度可以合成出一维氧化钛,而添加微量Co金属离子有助于低温合成一维氧化钛。2.以钛酸丁酯水解产物为前驱体,在不同介质(水及不同浓度NaOH)中水热制备了TiO_2光催化剂,在碱浓度为10M的NaOH介质中水热反应的TiO_2混和晶型粉末具有较好的光催化性能,对煅烧后样品进行光催化性能测试发现,以水为介质制备的样品光催化活性更高。3.以钛酸丁酯为前驱体,加入氢氟酸(HF)辅助水热法一步合成高催化活性的锐钛矿相TiO_2大颗粒。结果表明:合成的锐钛矿相TiO_2平均颗粒尺寸约为20～30μm,反应时间为30 min时对甲基橙的降解率可达到95%以上,显着优于Degussa P25,而且这种微米级的颗粒仅通过自然沉降即可固液分离,利于回收循环使用。
刘崎[9]2004年在《掺杂纳米二氧化钛的制备及光催化效能研究》文中研究指明纳米TiO_2在光催化领域已经显示出广阔的应用前景，但是，由于TiO_2仅仅能吸收5％紫外区附近的太阳光而限制了它的广泛应用，许多研究试图通过表面改性与掺杂来扩大它的光谱响应范围和提高它的催化活性。有选择性的进行掺杂已被证明是一种提高半导体氧化物光催化活性的极其有效的方法，掺入一定的金属阳离子能极大的提高TiO_2的光催化效率，最近有大量的关于通过掺杂来提高TiO_2的光催化性能的报道，比如掺Fe、Au、W等，掺杂的半导体光催化材料由于其物理和光学性质的改变，通过扩展光响应范围和提高光生电荷的分离而提高了光催化性能。 本文采用溶胶—凝胶法制备出掺镧和掺镧铁以及掺铟和掺铟铁纳米二氧化钛溶胶溶液，用冷冻干燥的方法干燥成干凝胶粉，在400℃下煅烧生成纳米粉末。 采用X射线衍射、激光粒度分析和扫描电镜对煅烧后的纳米粉末结构进行表征。由测定结果可知，在400℃下，用本方法制备的纳米二氧化钛为锐钛矿型、粒径为50—60nm的球形粒子。 我们制备了粒径相近的各种不同掺杂元素纳米TiO_2，通过对甲基橙、罗丹明水溶液以及实际的印染废水的光催化降解试验，比较了不同掺杂元素以及同一元素不同掺杂量对纳米二氧化钛光催化效率的影响，试验得出双元素掺杂纳米二氧化钛的光催化效果好，其最佳掺杂量分别为0.05％的铁和0.02％的镧以及0.05％的铁和0.1％的铟。 应用浸渍提拉技术，采用溶胶—凝胶法在载玻片上做纳米二氧化钛的负载，比较了不同的膜层厚度和不同掺杂元素对甲基橙的光催化降解的影响，结果表明，涂布五层效果最好；双元素掺杂进一步提高了纳米二氧化钛膜的光催化性能。
向全军[10]2010年在《掺杂二氧化钛光催化剂的制备、表征及可见光光催化性能》文中研究说明自1972年Fujishima和Honda发现Ti02电极光解水以来,二氧化钛半导体光催化材料由于在水和空气净化及太阳能转化方面具有广泛的潜在应用前景而被人们深入研究。Ti02的禁带较宽(锐钛矿为3.2 eV),只能被紫外光激发,不能充分利用太阳光,限制了它在实际中的应用。对其进行掺杂改性,使其成为能够被可见光激发的光催化剂,多年来成为光催化研究领域的热点。本文主要围绕掺杂Ti02可见光光催化剂的合成、表征和性能等方面的研究开展了如下工作：以钛酸盐纳米管为前驱体和硝酸铁为掺杂剂,通过浸渍煅烧的方法制备了Fe3+掺杂Ti02纳米棒光催化剂。所制备的样品用扫描电镜,透射电镜,X射线衍射,X射线光电子能谱,N：吸附-脱附和紫外可见漫反射光谱进行了表征。以丙酮作为污染物,来测定样品在空气中的可见光光催化活性。光催化试验表明,Fe3+掺杂增强了Ti02纳米棒可见光光催化活性,当铁钛原子比在0.1-1.0%的掺杂浓度时,其光催化活性高于商用Degussa P25和没有掺杂Ti02纳米棒。尤其是当铁钛原子比在0.5%时,Fe3+掺杂Ti02纳米棒的光催化活性是P25的2倍多。这种高活性是下列因素协同作用的结果：一维纳米结构增强载流子的传输,Fe3+掺杂增强了对光子的吸收和对可见光的响应范围,缩小了Ti02的禁带宽度以及降低了其光生电子和空穴的复合速率。同时,我们也采用第一性原理对Fe3+掺杂Ti02纳米棒的电子结构进行了研究和讨论。以水热合成法制备的高能面Ti02纳米片为前驱体和硫脲为掺杂剂,采用热处理的方法制备了高可见光活性的氮和硫共掺杂的高能面Ti02纳米片光催化剂。掺杂剂硫脲的含量影响热处理后掺杂样品的结晶程度和晶粒尺寸。N、S共掺杂通过N2p、S3p轨道和02p轨道间的杂化,降低了掺杂后高能面Ti02纳米片光催化剂的禁带宽度,从而使掺杂的Ti02纳米片具有强的吸收可见光光子的能力,且使掺杂后的Ti02纳米片对光的响应吸收范围拓宽到可见光区。当前驱物中新制的Ti02粉末和硫脲(CS(NH2)2)的物质的量比为2：1时,可见光光催化降解对氯苯酚的速率达到最大值,且超过了P25。此外,我们也采用第一性原理对N、S共掺杂Ti02纳米片的能带结构和电子结构进行了研究和讨论。
参考文献：
[1]. 掺铁纳米二氧化钛的制备表征及其光催化效能研究[D]. 杨娟玉. 中南大学. 2004
[2]. 泡沫金属负载纳米TiO_2的制备、表征及其光催化性能的研究[D]. 胡海. 上海交通大学. 2007
[3]. Fe-TiO_2/BiOI的制备、表征和光催化活性[D]. 甘金朝. 华南理工大学. 2017
[4]. 改性纳米二氧化钛光催化处理水中重金属的效能及机理研究[D]. 陈秋. 哈尔滨工程大学. 2017
[5]. TiO_2与改性TiO_2介孔微球的制备及其光催化和抗菌性能研究[D]. 陈月梅. 深圳大学. 2016
[6]. 纳米复合TiO_2粉体的相结构、耐热及抗菌性能研究[D]. 王志义. 中国海洋大学. 2006
[7]. 玻璃基纳米复合TiO_2光催化膜的制备与灭菌性能研究[D]. 汪恂. 武汉理工大学. 2008
[8]. 不同形貌氧化钛的水热制备及其光催化性能[D]. 于贞. 东北石油大学. 2011
[9]. 掺杂纳米二氧化钛的制备及光催化效能研究[D]. 刘崎. 中南大学. 2004
[10]. 掺杂二氧化钛光催化剂的制备、表征及可见光光催化性能[D]. 向全军. 武汉理工大学. 2010
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