掺杂态二氧化钛的制备、表征与光催化活性研究

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本文采用溶胶—凝胶法制备掺Co2+和Ni2+的锐钛型纳米TiO2,采用固相合成法制备掺杂Zr4+的TiO2,通过TEM、XRD、TG-DTA等分析手段对粉体的粒径、形貌、物相和热稳定性进行了结构表征,并以罗丹明B为目标降解物,考察了三种不同方法制备的掺杂TiO2的光催化活性。   结果表明:掺杂态的Co2+/TiO2、Ni2+/TiO2、Zr/TiO2均为纳米颗粒,平均粒径分别为9.7nm、10.9nm和12.7nm,且颗粒均匀;掺杂金属离子均提高了TiO2光催化效率。掺杂不同的金属离子及不同的掺杂量对光催化脱色效率的影响不同,掺杂1.0%Co2+的催化剂其催化活性在Co2+掺杂中最高,与纯TiO2相比,催化效率大大提高;掺杂1.2%Ni2+和2.0%Zr4+的催化剂再其掺杂中催化活性在最高,催化效率也分别由较大的提高。反应液的初始浓度、催化剂的投加量、光照时间、通氧速率等因素对TiO2的光催化脱色反应都有不同程度的影响,选择合适的光催化条件对TiO2的光催化降解脱色反应影响巨大。研究发现,TiO2的光催化反应,首先是反应物在TiO2表面发生吸附作用,然后进一步发生光催化降解。开始时吸附作用是染料脱色的主要原因,此时光降解速率还很小;以后才是TiO2的光催化作用过程,故可得出TiO2的光催化反应是以反应物在TiO2表面的吸附作用为先导的。
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