氮掺杂纳米二氧化钛可见光及太阳光催化降解水中有机污染物的研究
本文采用钛醇盐氨水水解-沉淀法制备出了氮(N)掺杂纳米TiO<,2>光催化剂，利用XRD、XPS、UV-Vis等手段对其晶型、粒径、元素组成、化学形态和光吸收性能进行了表征。以降解率和COD去除率为评价指标，系统研究了该催化剂在可见光及太阳光照射下催化降解染料橙黄G、对硝基苯胺(PNA)的性能和操作条件，从而为纳米TiO<,2>光催化氧化技术在难降解有机废水实际处理工程中的应用提供了理论依据。研究结果表明：
1．N掺杂纳米TiO<,2>的制备、表征及其可见光催化性能：723K温度下煅烧制备得到了N掺杂纳米TiO<,2>光催化剂，晶型为锐钛矿型，理论粒径为13.9nm；主要由Ti、O、N、C四种元素组成，其中N的相对含量为1.76％，形态为表面化学吸附的γ-N<,2>和取代TiO<,2>中少量O后形成的N-Ti-O结构；N掺杂使其吸收带边发生了显著红移，在400-550nm之间出现有新的吸收带；对非敏化染料亚甲基兰具有显著的可见光催化活性。
2．N掺杂纳米TiO<,2>可见光及太阳光催化降解水中的橙黄G：较低的pH值环境和适量添加H<,2>O<,2>有助于提高橙黄G的降解率，在可见光和太阳光两种光源下的最佳pH值均为2-3，最佳H<,2>O<,2>加入量分别为0.5mL·L<'-1>、1.5mL·L<'-1>。在可见光照射、进水浓度为25mg·L<'-1>、pH值为2.0、J<,2>O<,2>加入量为0.50mL·L<'-1>、催化剂添加量为1.0g·L<'-1>的条件下，反应60min和150min时，橙黄G的降解率可分别达到63.00％和96.29％，显著高于同等条件下Degussa P25-TiO<,2>的25.27％和42.55％，这是橙黄G对TiO<,2>的敏化作用和催化剂的可见光响应特性共同作用的结果。太阳光照射下，橙黄G的降解速率快于可见光下，N掺杂纳米TiO<,2>作用下反应40min橙黄G的降解率可达96.46％，稍低于相应反应时间P25-TiO<,2>的99.08％。
3．N掺杂纳米TiO<,2>可见光及太阳光催化降解水中的PNA：在可见光照射、偏中性环境和适量投加H<,2>O<,2>条件下，N掺杂纳米TiO<,2>可有效降解水中的PNA。当进水浓度为25mg·L<'-1>、pH为6.0、催化剂投加量为1.5g·L<'-1>、不投加H<,2>O<,2>时，PNA的10h降解率可达到84.08％，是同等条件下P25的5.7倍；当加入0.5mL·L<'-1>的H<,2>O<,2>后，水样中PNA的8h降解率即可达到100％，此时COD去除率为74％。在太阳光照射且不投加H<,2>O<,2>条件下，反应5h时PNA的降解率可达到86.84％，其COD去除率为75％。
有机污染物;光催化降解;纳米二氧化钛;氮掺杂
河南师范大学
硕士
环境科学
孙剑辉
2007
中文
X703.1;TB383;O644.1
64
2007-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）