二氧化钛薄膜光电催化亚甲基蓝的研究
稀土元素掺杂纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝研究
稀土元素掺杂纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝研究【摘要】：亚甲基蓝是废水中主要的有机污染物之一，是废水处理的主要对象。
对于这个污染问题，选择用具有发展前景的光催化材料纳米TiO2来作为光催化剂，对亚甲基蓝进行光催化降解的研究，从而提供了对印染废水处理的有效方法。
虽然TiO2光催化剂是一种理想的催化剂，但是TiO2的光催化活性较低，限制了它的应用。
因此对TiO2进行掺杂改性来提高光催化活性和对太阳光的利用，可以更好地降解污染物。
在本实验中，用直接热氧化法来制备稀土元素（La、Ru）掺杂TiO2纳米复合膜（光催化剂），采用SEM、XRD、电化学测试等手段对TiO2复合膜的结构、成分和表面形貌进行性能表征测试，并用甲基蓝溶液为降解物来评价稀土掺杂后TiO2复合膜的光催化性能。
实验结果表明：稀土掺杂后的TiO2复合膜与未掺杂的TiO2复合膜相比，稀土掺杂后的TiO2复合膜具有较好的光催化活性。
【关键词】：热氧化法，光催化，稀土掺杂TiO2，亚甲基蓝，降解The research of rare earth element doped nanometer TiO2 photocatalytic degradation of methylene blue【Abstract】: M ethylene blue as one of the typical organic pollutants in the printing and dyeing wastewater, so is an important object of printing and dyeing wastewater treatment.In response to this serious pollution problem,chose an environmental protection nanometer TiO2 photocatalysis materials for the degradation of methylene blue which is vast application of development, and provide an effective method of treatment printing and dyeing wastewater. TiO2 is a kind of ideal photocatalyst, but TiO2photocatalysis have a shortcoming of low activity that make its application has been limited.In order to improve the photocatalytic activity of TiO2and utilization of visible light, so as to achieve the degradation of pollutants, we do a research of TiO2 modified by doped.In this experiment,rare earth element(La, Ru)doped nanometer TiO2 prepared by direct thermal ing SEM, XRD and electrochemical measurement of TiO2 composite film structure, composition and surface morphology of performance characterization, and for the degradation of methylene blue solution after to evaluate rare earth doped TiO2photocatalytic performance of the composite film.The results showed that: TiO2composite film of rare earth doped TiO2 composite membranes compared to the undoped, TiO2 composite film of rare-earth doped with good photocatalytic activity.【Key words】: Thermal oxidation method, Photocatalysis, Rare earth doped TiO2 Methylene blue,Degradation目录第一章绪论 (1)1.1 我国印染废水污染现状与危害 (1)1.1.1 印染废水污染现状 (1)1.1.2 印染废水的危害 (1)1.2 印染废水的处理技术 (2)1.2.1 物理法 (2)1.2.2 化学法 (2)1.2.3 生物法 (2)光催化的应用与发展的趋势 (2)1.3 纳米TiO2光催化的应用 (2)1.3.1 纳米TiO2光催化的发展趋势 (3)1.3.2 纳米TiO21.4 纳米TiO的制备方法 (3)21.4.1 Sol-Gel(溶胶-凝胶法) (3)1.4.2直接热氧化方法 (4)1.4.3 液相沉积法（LPD） (4)1.5 纳米TiO光催化剂的改性 (4)21.5.1 过渡元素掺杂 (4)1.5.2 贵金属沉积 (5)1.5.3 稀土掺杂 (5)1.6 选题研究内容及目的 (5)1.6.1 研究内容 (5)1.6.2 研究目的 (5)第二章实验部分 (7)2.1 实验主要药品及仪器设备 (7)2.1.1 主要实验药品 (7)2.1.2 主要实验仪器设备 (7)2.1.3 光电催化反应装置 (8)光催化剂 (8)2.2 直接热氧化法制备TiO22.2.1 钛板前处理 (8)2.2.2 溶液的配制 (8)2.2.3 钛板涂层 (9)2.3 TiO光催化剂光催化效果的测试 (9)22.3.1 降解物的选择 (9)2.3.2 标准亚甲基蓝溶液吸光度与浓度的关系 (9)光电催化的影响 (11)2.3.3 La3+掺杂量对TiO2光催化剂的电化学测试 (13)2.4 TiO22.4.1电化学测试装置 (13)2.4.2 OCP曲线 (13)2.4.3 极化曲线 (14)光催化剂的表征 (16)2.5 TiO22.5.1 XRD图谱 (16)2.5.2 SEM图谱 (16)第三章结论与展望 (18)3.1 结论 (18)3.2 展望 (18)参考文献 (19)致谢....................................................... 错误！未定义书签。
氧气热处理的TiO_2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究
第32卷第11期2011年11月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol．32，No．11Nov．，2011氧气热处理的TiO 2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究张溪1，廖雷1*，凌云汉2，覃爱苗1，赵成根1，赵非超1（1.桂林理工大学环境工程与保护评价广西重点实验室，桂林541004； 2.清华大学材料科学与工程系，北京100084）摘要：采用原位阳极氧化法在Ti 基底上制备了高度有序的TiO 2纳米管阵列薄膜，SEM 图像表明TiO 2纳米管定向排列整齐，分布均匀，其管径范围在70 100nm．XRD 结果证明，阳极氧化法制备的TiO 2纳米管为无定型晶型，经退火后为具有良好光催化活性的锐钛矿型．以亚甲基蓝（methylene blue ）为目标物研究了TiO 2纳米管光电催化性能及影响因素，结果表明，以0.1mol /L NaCl为电解质，在氧气热处理气氛下，外加偏压为0.5V 、pH =3.25、光照强度为1000μW /cm 2、纳米管薄膜表面积为2cm ˑ2cm 且MB初始浓度为10mg /L 的条件下，TiO 2纳米管阵列薄膜光电催化降解MB 的降解效率可达99.56%．电化学阻抗谱分析显示，光电催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤，外加偏压减小了界面电荷转移阻抗，提高了光生载流子的分离效率．关键词：二氧化钛；纳米管阵列；电化学阳极氧化；光电催化；亚甲基蓝中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：0250-3301（2011）11-3372-07收稿日期：2010-12-11；修订日期：2011-01-06基金项目：国家自然科学基金项目（50968005，10876017，10776017，21063005）作者简介：张溪（1985 ），女，硕士研究生，主要研究方向为环境材料，E-mail ：zhangxispring@ *通讯联系人，E-mail ：liaolei@glite．edu．cnResearch of the Photoelectrocatalysis Degradation of Methylene Blue of TiO 2Nanotube Array Films Annealed in Oxygen AtmospheresZHANG Xi 1，LIAO Lei 1，LING Yun-han 2，QIN Ai-miao 1，ZHAO Cheng-gen 1，ZHAO Fei-chao 1（1.Guangxi Key Laboratory of Environmental Engineering and Protecting Assessment ，Guilin University of Technology ，Guilin 541004，China ；2．Department of Materials Science and Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ）Abstract ：Well-aligned and uniform titanium dioxide nanotube arrays were fabricated in situ on titanium substrate by electrochemical anodic oxidation．SEM images indicate that the TiO 2nanotubes are well organized into high-density uniform arrays ，with diameter ranging in size from 70to 100nm．The XRD patterns show that the sample fabricated by anodic oxidation is amorphous without being annealed．As the 500ħannealed sample crystallized in the anatase phase ，which is in good photocatalytic activity．In quartz glass reactor ，the photoelectrocatalytic degradation of MB in aqueous solutions as well as the effect factors and then to 0.1mol /L NaCl as the electrolyte ，under with in oxygen atmospheres annealed the applied bias is 0.5V and has a pH =3.25，light intensity is 1000μW /cm 2and the surface area of nano-tube array film conditions ，will help to improve the TiO 2nanotubes array film photoelectrocatalysis degradation of MB degradation efficiency is 99.56%．The results of EIS analyses revealed that the surface reaction step was the only rate limiting step either for the photoelectrocatalytic process．The extra bias potential could decrease the values of the electron-transfer resistance and increase the separation efficiency of photogenerated electron-hole pairs．Key words ：titanium dioxide ；nanotube array ；electrochemical anodic oxidation ；photoelectrocatalysis ；methylene blue1972年Fujishima 等［1］发现光照TiO 2半导体电极有分解水的现象，特别是1976年Carey 等［2］报道了在紫外光照射下，TiO 2电极可降解各种难降解有机化合物以来，TiO 2以其活性高、热稳定性好、抗光氧化性强和价格便宜等特点而成为最受关注的光催化剂，其中纳米TiO 2光催化作为一种水处理的高级氧化技术而广泛用于环保领域．然而TiO 2的光生电子和空穴容易复合，导致其光催化效率较低．为了提高光催化量子效率，人们对TiO 2纳米管阵列进行非金属掺杂、金属离子掺杂、半导体修饰以及贵金属沉积等以提高其对可见光的响应并改善其光催化性能［3 5］．2001年，有研究组［6］首次在含氟离子的电解液中成功制备出分布均匀、整齐有序的TiO 2纳米管阵列．Wang 等［7］采用HF 、NH 4F 和乙二醇作为电解液，通过阳极氧化制备出的TiO 2纳米管阵列管壁光滑．实践证明，TiO 2纳米管比其它形式的TiO 2具有更好的光催化、光电解以及光电转换等性能［8］．自Fujishima 等［1］提出电化学辅助光催化技术即光电催化以来，许多研究者应用此技术以TiO 2薄膜为光阳极对水中的有机污染物如氯苯酚、染料和有机酸等在紫外光照下进行降解［9，10］，取得了较好的效果．近年来，利用电化学阳极氧化法在Ti 基体上制11期张溪等：氧气热处理的TiO2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究得的TiO2纳米管阵列电极已经引起了人们极大的关注，与纳米TiO2薄膜相比，TiO2纳米管阵列具有比表面积和量子阱效应高，纳米管尺寸、形貌和结构可控，阵列层与基体结合强度高等优点，并已成功地应用于光电催化降解有机污染物［11］，获得了一些有价值的研究结果．曹长春等［12］以紫外光为光源，研究了活性艳红在不同条件下的降解行为．结果表明，只在单独的电场作用下溶液中活性艳红的浓度会有一定程度的降低，而且随着电压值的升高，降低速率就越快．刘惠玲等［13］研究表明在有外加电压下若丹明B的降解速率明显增加，在最初2h外加偏压使若丹明B的去除率较无外加偏压条件下增加约50%．张溪等［14］研究了不同热处理气氛对TiO2纳米管阵列薄膜光电催化性能的影响，结果表明在氧气热处理气氛下光电催化性能最好．孟耀斌等［15］研究指出，提高光强虽然可以增加光催化降解速率，但会降低其能量利用率．如何选择合适的光强既能顾及反应速度又能充分利用能量是一个有待解决的问题．目前，对TiO2纳米管阵列的光电性能和光电催化性能的研究及其机制的探讨也是该领域的研究重点，而用电化学阻抗技术对相关机制进行揭示尚在起步阶段．为此，本研究首先采用阳极氧化法制备TiO2纳米管薄膜光催化电极，考察在氧气热处理气氛下TiO2纳米管阵列电极的光电化学活性，在此基础上，以难生物降解的亚甲基蓝作为目标污染物，对TiO2纳米管阵列的光电性能、光电催化活性及影响降解效率的因素进行探讨，利用电化学阻抗技术对其光电催化性能进行研究，以期为光电催化技术的工业化应用提供理论依据．1材料与方法1.1TiO2纳米管的制备与表征金属钛箔纯度＞99.6%，厚度为0.15mm；将钛箔剪切成2cmˑ2cm大小，然后分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声10min，取出钛箔放在空气中风干．为了改善纳米管的表面质量，本文采用二次阳极氧化法，即在一次氧化反应完成后将制备好的TiO2纳米管放入HFʒHNO3ʒH2O=1ʒ3ʒ6的混合酸液中浸泡3s取出，迅速放到去离子水中超声直至薄膜脱落，然后将脱膜后光亮的钛片再进行第二次氧化，得到表面整齐均匀的纳米管．在阳极氧化过程中以钛箔为阳极，石墨为阴极．第一次阳极氧化电解液是0.5%（质量分数）NH4F+5%（体积分数）H2O的乙二醇溶液；反应条件为：电压50V，时间15min．第二次阳极氧化电解液是0.5%（质量分数）NH4F+10%（体积分数）H2O+0.2%HF的乙二醇溶液；反应条件为：电压50V，时间25min．第二次阳极氧化完成后，将样品放在马弗炉里以10ħ/min从室温升到500ħ，分别在O2中保温1h，然后冷却到室温，即得结晶的TiO2纳米管阵列薄膜，用在光电催化降解MB反应中．以下实验所用的TiO2纳米管均是在氧气气氛热处理后的样品．采用德国Bruker AXS公司的D8-Advance型X 射线衍射仪分析样品的晶型结构，测定条件为：室温Cu Kα射线（λ=0.15418nm），靶电压40kV，靶电流40mA，扫描范围10ʎ 80ʎ（2θ），步长0.02ʎ．1.2光电催化性能测试用Zahner IM6e电化学工作站三电极系统（如图1）进行TiO2纳米管光电催化降解MB的实验，其中工作电极为氧气中热处理的TiO2纳米管，大小为2cmˑ2cm，对电极为Pt，参比电极为饱和甘汞，光源用CMH-250金属卤素灯（主光谱有效范围在350 450nm之间，照度约为100mW/cm2），用10mg/L MB溶液为目标降解物．采用ST-86L弱光照度计（验光仪专用）对本实验弱光到强光进行准确的照度测量．利用紫外-可见吸收谱对纳米管薄膜的光吸收和MB溶液的降解效率进行分析．所用仪器型号为UV2100，波长范围190 850nm，分辨率0.1nm．电化学阻抗测试的交流扰动电位10mV，频率范围为1mHz 105Hz．A：工作电极B：参比电极（饱和甘汞电极）C：辅助电极（Pt）图1光电化学测试系统Fig.1Photoelectrochemical test system2结果与分析2.1TiO2纳米管的表征分析图2为未热处理和在氧气中热处理的TiO2纳米管阵列薄膜的XRD衍射图．从中可以看出，未经3733环境科学32卷热处理的TiO 2纳米管仅有Ti 基体的衍射峰（40.17ʎ、52.98ʎ、62.96ʎ、70.62ʎ和76.21ʎ），说明该薄膜为无定形．但经过氧气热处理的样品会有明显的TiO 2晶型衍射峰，主要物相为锐钛矿相，在25.35ʎ处出现特征峰，属于（101）晶面的衍射峰．（a ）没有热处理；（b ）在氧气气氛下500ħ热处理．图2TiO 2纳米管的XRD 衍射图Fig.2XRD patterns of TiO 2NT arrays图3为2次阳极氧化并经氧气热处理获得的TiO 2纳米管典型扫描电镜（SEM ）照片，从中可以看出样品表明呈现出高度有序、规整的TiO 2纳米管阵列结构，管径约100nm ，管长约为2μm．图3TiO 2纳米管的SEM 照片Fig.3SEM image of TiO 2nanotubes2.2TiO 2纳米管光电性能的研究图4（a ）为TiO 2纳米管阵列电极在光照和暗态下的Nyquist 图，从中可以看出，光照条件下TiO 2纳米管阵列电极的阻抗值相对暗态条件大幅度减小，这是由于在该条件下，TiO 2纳米管阵列电极表面产生大量的光生载流子，在相同的频率下，图上阻抗环半径小的曲线对应的电容常数大，产生的法拉第电流的阻抗值较小，因此在电极上面发生反应比较容易，需要克服的能垒比较小，电极反应速率加快．已有的研究表明，Nyquist 图上的圆弧半径对应着电荷转移电阻和光生电子-空穴对的分离效率，圆弧半径越小，光催化反应进行得越快．在相同的测试条件下，对TiO 2纳米管阵列电极施以0.5V 偏压，测定其在偏压下的阻抗．图4（b ）为光照和光电协同作用下TiO 2纳米管阵列电极的Nyquist 图．从中可以看出，施加偏压后阻抗圆弧变小，阻抗值明显减小，说明对光阳极施加一定的阳极偏压更有利于光生电子-空穴对的分离．图4暗态及光照下和光照及光电协同作用下TiO 2纳米管阵列电极电化学阻抗谱的Nyquist 图Fig.4EIS Nyquist plots of TiO 2nanotube array electrode in dark andillumination as well as illumination and photoelectrochemical process2.3TiO 2纳米管光电催化性能的研究2.3.1电化学过程、直接光解、光催化、光电催化对MB 降解的比较图5所示是MB 的电化学降解、直接光解、以及473311期张溪等：氧气热处理的TiO2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究在TiO2纳米管的光催化降解、TiO2纳米管电极光电催化降解中MB降解效率的比较．亚甲基蓝的起始浓度均为10mg/L左右，pH=7.03，电解质NaCl，浓度0.01mol/L．电化学过程不加紫外光，外加偏压0.25V；光解实验无外加偏压，无TiO2纳米管电极；光催化实验无外加偏压，TiO2纳米管电极处的光强700μW/cm2；光电催化实验外加偏压0.2V，TiO2纳米管电极处的光强700μW/cm2．由图5（a）可知，在外加偏压0.2V的电化学过程中，MB几乎不发生降解，说明在接下来的光电催化反应中，施加的0.2V偏压不是使MB降解的主要原因．MB容易发生直接光解，在所给实验条件下，2h MB降解了19.58%．在随后的TiO2纳米管的光催化反应中，相同的时间内，MB降解了61.76%，TiO2纳米管显示出良好的光催化效果．在此基础上施加的0.2V偏压，更使MB的降解效率大大提高，2h内，MB浓度从10mg/L降到了0.1mg/L，去除率达到99.56%．图5（b）是TiO2纳米管在4种过程中降解MB的动力学曲线．TiO2纳米管对MB的降解均符合一级反应，其速率常数分别为0.153h－1（EC）、0.387h－1（DP）、0.872h－1（PC）和4.724h－1（PEC）．图54种过程MB随时间变化降解效率曲线和动力学曲线Fig.5Degradation efficiency curve of MB using differentprocess and the kinetic curves 2.3.2外加偏压对MB降解的影响本研究考察了外加偏转电压对MB降解的影响，因为外加偏压能够有效地将光生电子转移到对电极，防止其与空穴的复合，因此，外加偏压是影响光电催化过程的重要因素．从图6（a）中可以看出，随着外加偏压的增加，MB的去除率在2h的反应时间里从96.73%提高的99.57%．而在不施加外加偏压的光催化过程中，MB的去除率为66.96%．还可以看出：增大外加电压可明显提高反应的氧化降解性能．当施加的外加电压为0V时，此时溶液中发生的反应仅为TiO2光催化反应．当外加电压增大时，体系对MB的降解效率迅速增大，这是因为当外加电压低于TiO2/Ti光电极的弯曲能带时，外加电压的增大会压迫弯曲能带，使禁带宽度变窄，从而加速了光生电子和空穴的分离，提高了TiO2/Ti电极的光催化效率．图6（b）是TiO2纳米管在不同偏压下降解MB的动力学曲线．TiO2纳米管对MB 的降解均符合一级反应，其速率常数分别为0.893h－1（0.0V）、2.878h－1（0.25V）和4.724h－1（0.5V）．图6在不同偏压下MB在氧气中热处理TiO2纳米管光电催化降解MB的降解效率曲线和动力学曲线Fig.6Degradation efficiency curve of MB degradation for TiO2nanotube arrays annealed in oxygen atmospheres andthe kinetic curves under the bias in different5733环境科学32卷2.3.3溶液初始pH 值对MB 降解的影响在污水处理过程中，在给定的过程中pH 值通常是影响污染物去除的重要参数．本研究考察了3个具有代表性的pH 值，即3.25、6.29、8.00，分别代表酸性溶液、锐钛矿型TiO 2等电点附近、碱性溶液．如图7（a ）所示，溶液pH 值越低，光催化剂对目标降解物亚甲基蓝的降解效率越高．这表明酸性条件有助于光电催化降解有毒有机物．pH 值可通过很多方面影响光电催化过程，比如改变TiO 2平带电位，影响目标物在TiO 2上的吸附能力等．目前的现象有可能是这些个别因素综合影响的结果．图7（b ）是TiO 2纳米管在不同偏压下降解MB 的动力学曲线TiO 2其速率常数分别为1.008h －1（0.0V ）、4.724h －1（0.25V ）和8.08h －1（0.5V ）．图7在不同溶液初始pH 下MB 在氧气中热处理TiO 2纳米管光电催化降解MB 的降解效率曲线和动力学曲线Fig.7Degradation efficiency curve of MB degradation for TiO 2nanotube arrays annealed in oxygen atmospheres and the kinetic curves at different initial solution pH2.3.4电解质浓度对MB 降解的影响与传统的电化学过程一样，电解质的种类和浓度能够影响光电催化过程．本研究选择了NaCl 作为电解质，并考察了3个不同水平的浓度，即0、0.05和0.1mol /L．结果表明［图8（a ）］，NaCl 的加入增加了MB 的降解，并且随着NaCl 浓度的增加，MB 的去除趋势也随之增加．由于电解质的存在提高了溶液的导电性，加速了电子的转移，因此增强了光电催化过程．图8（b ）是TiO 2纳米管在不同偏压下降解MB 的动力学曲线TiO 2其速率常数分别为0.181h －1（0.0V ）、0.804h －1（0.25V ）和4.724h －1（0.5V ）．图8在不同电解质浓度下MB 在氧气中热处理TiO 2纳米管光电催化降解MB 的降解效率曲线和动力学曲线Fig.8Degradation efficiency curve of MB degradation for TiO 2nanotube arrays annealed in oxygen atmospheres and the kinetic curves at different electrolyte concentrations2.3.5光强对MB 降解的影响在其他实验条件相同而光强不同对MB 光电催化降解影响，考察了3个不同的光强400、620及1000μW /cm 2．由图9（a ）可以看出，TiO 2纳米管薄膜光电催化对MB 的降解效率随辐射光源强度的增大而增大．当体系无紫外光照射时，此时体系对有机物的降解主要是由体系中生成的H 2O 2引起的，在光强为400μW /cm 2，经120min ，TiO 2纳米管薄膜光电催化对MB 的降解效率仅为75.32%，当向体系中施加紫外光照射，TiO 2/Ti 光电极被激发产生光生电子-空穴对，电子-空穴对在外电路发生定向偏转迁移产生光电流．由光电效应可知，在入射光辐射频率一定的条件下，光电流强度随入射光源强度的增大673311期张溪等：氧气热处理的TiO 2纳米管阵列光电催化降解亚甲基蓝的研究而增大．所以，光源辐射强度的提高促进了光生电子-空穴对的生成和定向迁移，提高了光生电流的强度，增大了TiO 2/Ti 光电极表面空穴的浓度，光生空穴有很强的氧化氛围，产生了更多的·OH ，从而促进了TiO 2/Ti 光电极的光催化氧化效率，提高了TiO 2纳米管薄膜光电催化对MB 的降解效率．图9（b ）是TiO 2纳米管在不同偏压下降解MB的动力学曲线TiO 2其速率常数分别为1.168h－1（0.0V ）、1.362h －1（0.25V ）和 4.724h －1（0.5V ）．图9在不同光照强度下MB 在氧气中热处理TiO 2纳米管光电催化降解MB 的降解效率曲线和动力学曲线Fig.9Degradation efficiency curve of MB degradation for TiO 2nanotube arrays annealed in oxygen atmospheres and the kinetic curves in different illumination intensity2.3.6TiO 2纳米管薄膜电极面积对MB 降解的影响为了考察TiO 2纳米管薄膜电极面积对MB 光电催化的影响，本研究考察了其他条件完全相同，只有TiO 2纳米管薄膜电极面积不同对MB 去除的影响，电极面积分别为1cm ˑ1cm 、1cm ˑ2cm 及2cm ˑ2cm．结果如图10（a ）所示，增大薄膜电极面积，MB 的去除率从93.79%提高到99.56%．图10在不同电极面积下MB 在氧气中热处理TiO 2纳米管光电催化降解MB 的降解效率曲线和动力学曲线Fig.10Degradation efficiency curve of MB degradation for TiO 2nanotube arrays annealed in oxygen atmospheres and the kinetic curves at different the electrode area2.4产物紫外-可见吸收光谱分析光照时间直接影响到亚甲基蓝的降解矿化程度和中间产物的种类以及量的多少．因而本研究考察了每隔20min 溶液中MB 的紫外吸收光谱图，其结果如图11所示，随着降解时间的增加，MB 在664nm 处的吸收峰强度逐渐减弱，这是因为降解物对光特征吸收强度的变化反应了目标物中某些基团的含量因破坏而减少，所以在本实验中纳米管薄膜对目标物的光电催化降解效率通过评估不同降解时刻UV-Vis 光谱的吸收峰（664nm 处）强度的变化来实现．随着光照时间的增加，溶液中的MB 的紫外吸收值减弱，说明MB 逐渐降解．光照射时间越长，产生的光致空穴就越多，MB 捕获的空穴与羟基自由基就越多．溶液中MB 浓度在20min 前随着时间的增加剧烈衰减，120min 时MB 降解率达到99.56%．吸光度与浓度的关系式如下：c =A /Kb（1）式中，c 表示溶液的浓度；A 表示物质对光的吸收程7733环境科学32卷度，即吸光度；K 表示物质的特性常数即吸光系数（K 值可以从手册或文献中查到）；b 表示单位液层厚度（在本实验中表示比色皿的厚度：1cm ）；在式（1）中Kb 为常数，c 与A 成正比关系．在光电催化降解后，在任意时刻（t ）亚甲基蓝的降解率为η，则：η=（c t －c 0）/c 0%（2）式中，c 0为亚甲基蓝溶液初始浓度，c t 为亚甲基蓝在某一降解时刻的浓度．将式（1）代入式（2）得：η=（A t /Kb －A 0/Kb ）/（A 0/Kb ）%，化简得：η=（A t －A 0）/A 0%，式中，A t 为t 时刻降解MB 的吸光度，A 0为初始时刻MB 的吸光度．从而计算出MB 的降解效率．图11光电催化降解MB 吸光值随时间变化的紫外光谱Fig.11UV spectrum of absorbance with time changes of MB solution using PEC degradation3结论采用2次阳极氧化法制备了高度有序的TiO 2纳米管阵列薄膜，探讨了氧气热处理的TiO 2纳米管阵列薄膜光电催化降解MB 反应的影响因素，结果表明，以0.1mol /L NaCl 为电解质时，外加偏压越大，较低的pH ，较强的光照强度和纳米管的表面积越大将有助于TiO 2纳米管阵列薄膜光电催化降解MB 反应的降解效率提高．电化学阻抗谱的测试揭示了TiO 2纳米管阵列电极光生电子-空穴对的分离及传输特性．外加偏压减小了界面电荷转移阻抗，提高了光生载流子的分离效率．氧气热处理气氛的TiO 2纳米管在可见光区域的光吸收与其半导体性质有关，但目前还没有系统研究，对于以上相关问题还有待于进一步研究．参考文献：［1］Fujishima A ，Honda K．Electrochemical photolysis of water at asemiconductor electrode ［J ］．Nature ，1972，238（53-58）：37-38.［2］Carey J H ，Lawrence J ，Tosine H W．Photodechlorination of PCB'sin the presence of titanium dioxide in aqueous suspension ［J ］．Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology ，1976，16（6）：697-701.［3］Shankar K ，Tep K C ，Grimes C A．N-doped and N ，F-codopedTiO 2photoelectrodes ：An electrochemical strategy to incorporate anionic dopants ［J ］．Journal of Physics D ：Applied Physics ，2006，39（11）：2361-2366．［4］赵慧敏，陈越，全燮．Zn 掺杂TiO 2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解［J ］．科学通报，2007，52（2）：158-162.［5］Paramasivam I ，Macak J M ，Schmuki P．Photocatalytic activity ofTiO 2nanotube layers loaded with Ag and Au nanoparticles ［J ］．Electrochemistry Communications ，2008，10：71-75．［6］Gong D ，Grimes C A ，Varghese O K ，et al．Titanium oxidenanotube arrays prepared by anodic oxidation ［J ］．Journal of Materials Research ，2001，16（12）：3331-3334.［7］Wang D A ，Yu B ，Wang C W ，et al．A novel protocol towardperfect alignment of anodized TiO 2nanotubes ［J ］．Advanced Materials ，2009，21（19）：1964-1967.［8］Macak J M ，Tsuchiya H ，Ghicov A ，et al．TiO 2nanotubes ：Self-organized electrochemical formation ，properties and applications ［J ］．Current Opinion in Solid State and Materials Science ，2007，11（1-2）：3-18.［9］Vinodgopal K ，Hotechandani S ，Kamat P V．Electrochemicallyassisted photocatalysis ：titania particulate film electrodes for photocatalytic degradation of 4-chlorophenol ［J ］．Physics and Chemistry of Minerals ，1993，97（35）：9040-9044.［10］Li X Z ，Liu H L ，Yue P T ，et al．Photoelectrocatalytic oxidation ofrose Bengal in aqueous solution using a Ti /TiO 2mesh electrode ［J ］．Environmental Science and Technology ，2000，34（20）：4401-4406.［11］Liu Z Y ，Zhang X T ，Nishimoto S ，et al．Highly ordered TiO 2nanotube arrays with controllable length for potoelectrocatalytic degradation of phenol ［J ］．Journal of Physical Chemistry C ，2008，112（1）：253-259.［12］曹长春，蒋展鹏，余刚，等．TiO 2薄膜光电协同催化氧化降解活性艳红［J ］．环境科学，2002，23（6）：108-110.［13］刘惠玲，周定，李湘中，等．网状Ti /TiO 2电极光电催化氧化若丹明B ［J ］．环境科学，2002，23（4）：47-51.［14］张溪，凌云汉，廖雷，等．热处理气氛对TiO 2纳米管阵列薄膜光电催化性能的影响［J ］．催化学报，2010，31（10）：1300-1304.［15］孟耀斌，黄霞，钱易．不同波段紫外光在TiO 2悬浊液中的消光特点［J ］．环境科学，2001，22（2）：46-50.8733。
二氧化钛纳米管的制备及光催化降解亚甲基蓝的研究的开题报告
二氧化钛纳米管的制备及光催化降解亚甲基蓝的研究的开
题报告
一、选题背景和意义：
随着现代化进程的不断加快，人们对环境污染问题的关注日益增强。
光催化技术因其高效、经济、环保等优势，成为当前降解有机污染物的重要方法之一。
而二氧化
钛纳米管因其结构的独特性质，被广泛应用于光催化领域中对有机物的降解，成为研
究的热点。
本研究以亚甲基蓝为模型有机物，在制备二氧化钛纳米管的同时，探究其光催化降解亚甲基蓝的效果，为环境保护提供一种有效的措施。
二、研究内容和方法：
1. 制备二氧化钛纳米管：采用水热法制备二氧化钛纳米管，通过调节反应条件和控制形貌，制备具有更好光催化性能的二氧化钛纳米管。
2.评估二氧化钛纳米管的光催化性能：分别采用紫外–可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和时间规定的荧光光谱(TD-FS)测试二氧化钛纳米管的光催化活性。
3.光催化降解亚甲基蓝：将所制备的二氧化钛纳米管与不同浓度的亚甲基蓝溶液混合，通过光催化反应降解亚甲基蓝。
4.对反应产物的分析和鉴定：采用紫外-可见漫反射光谱和高效液相色谱等技术，对反应产物进行分析和鉴定。
三、预期成果和意义：
通过本次研究，将制备一种具有理想光催化性能的二氧化钛纳米管，并对其应用于亚甲基蓝的光催化降解进行探究。
研究结果将对提高二氧化钛纳米管的制备工艺和
光催化性能有一定的指导意义，并为有机物的光催化降解提供一种有效的方法。
tio2光催化降解亚甲基蓝影响因素的考察
tio2光催化降解亚甲基蓝影响因素的考察
亚甲基蓝是一种有毒有害的有机污染物，污染地下水和地表水，对人体健康有很大的威胁。
亚甲基蓝的光催化降解已成为一种新的处理技术，具有一定的应用前景。
那么TiO2光催
化降解亚甲基蓝的影响因素有哪些呢？
答：
TiO2光催化降解亚甲基蓝的影响因素主要有光照强度、温度、pH值、TiO2质量分数以
及添加剂等。
首先，光照强度对TiO2光催化降解亚甲基蓝影响很大。
随着光照强度的增加，光能越来
越多地被激发出，从而加快光催化效果。
其次，温度也是影响TiO2光催化降解亚甲基蓝的重要因素。
提高反应温度可以增加光能
被激发出来，从而有效地降低亚甲基蓝的浓度。
另外，pH值对TiO2光催化降解亚甲基蓝也具有重要作用。
适当的pH值可以改变溶解物
原子的电荷，使TiO2表面上形成的物理和化学反应增强，从而加快光催化反应的效率。
此外，TiO2质量分数也是TiO2光催化降解亚甲基蓝的一个非常重要的影响因素，质量分
数越高，光催化效率越高。
最后，添加剂对TiO2光催化降解亚甲基蓝的作用也很大。
添加合适的添加剂可以改善
TiO2的外在特性，如重量分数、表面特性和粒径，从而提高亚甲基蓝的降解效率。
总之，光照强度、温度、pH值、TiO2质量分数以及添加剂都会对TiO2光催化降解亚甲
基蓝产生重大影响。
为了高效降解亚甲基蓝，这些影响因素都必须得到充分考虑和控制。
锌掺杂二氧化钛薄膜制备及其光催化降解亚甲基蓝
材料工程B I O T W O R LD 生物技术世界生物技术世界1引言1972年,Fujishima 和Honda [1]报道了在光的照射下TiO 2微粒表面通过氧化、还原反应,不仅能够分解水,也可以分解有机物,这种现象引起了研究人员对光催化降解反应的极大兴趣。
光催化技术是一种新型、高效、节能的现代绿色环保技术,其原理是利用光源辐照将有害污染物分解成为无害或者毒性较小的小分子矿化物的过程。
TiO 2凭借其优异的光催化性能、良好的光化学稳定性、不产生二次污染、安全无毒、价格低廉等特点,成为目前最具前景的绿色环保材料,被广泛地应用于光催化自洁净,水、气的净化以及杀菌和抗癌等方面[2-5]。
TiO 2对紫外光有强烈的吸收,但由于其禁带较宽(3.2eV),在紫外光激发下产生的电子、空穴容易复合,这样比较高的载流子复合率在一定程度上就限制了TiO 2的光催化性能的发挥,使得作为光催化剂的TiO 2,本身并不完美。
为了能让TiO 2材料更好地服务于我们的生活,对TiO 2进行掺杂改性降低其载流子的复合率,提高TiO 2光催化效率,具有切实的环境和经济效益。
2实验2.1溶胶的制备以钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸、去离子水以及冰醋酸为初始条件,物质的量的比例为:T i (O B u )4:E t O H :H 2O :H N O 3:CH 3CO O H =1:18:2:0.2:0.5来制备TiO 2溶胶。
具体步骤如下,量取钛酸丁酯溶于三分之二体积无水乙醇中,加入冰醋酸作为抑制剂,其作用是延缓钛酸丁酯的强烈水解。
磁力搅拌,逐渐变为淡黄色均匀透明溶液(A)。
搅拌30min 后将三分之一体积的无水乙醇、硝酸和去离子水的混合溶液(B)逐滴加入(A)中,继续强烈搅拌3h,得到TiO 2溶胶,静置陈化24h 待用。
用Z n(C H 3C O O)22H 2O 向TiO 2中引入锌元素。
在TiO 2溶胶制备过程中,在溶液B 中加入一定量的Zn(CH 3COO)22H 2O,搅拌混合均匀后缓慢地加入A 溶液中。
掺杂型纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝
掺杂型纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝1. 引言介绍光催化技术在水处理领域的应用，提出掺杂型纳米TiO2对亚甲基蓝的降解效果及其优势。
2. 实验方法详细介绍实验所采用的方法，包括纳米TiO2的合成、掺杂材料的制备以及实验条件和程序。
3. 结果与分析描述实验结果，分析掺杂型纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝的反应机理和降解效果，包括掺杂对反应速率常数的影响、影响因素的分析以及反应产物的鉴定等。
4. 讨论与展望对实验结果进行讨论，分析存在的问题，并提出今后改进的方向和发展前景。
5. 结论总结本次实验的结论，强调掺杂型纳米TiO2光催化可以有效降解亚甲基蓝，对水处理具有很大的应用价值。
同时指出需要进一步研究以提高其实际应用效果，完善其理论基础。
随着经济和技术的发展，环境污染所引发的问题越来越引起人们的关注。
如何有效地处理废水，减少有害物质的排放，成为了研究的重点。
作为一种新型的水处理技术，光催化技术被广泛应用于水质净化领域。
光催化技术是指利用一些半导体材料（如钛酸钡、铟化镓、氮化硼等）在紫外线、可见光或者红外线辐射下产生有效的光催化活性物质，对有机物进行降解的一种技术。
目前，最常用的半导体催化剂是纳米钛酸盐（TiO2）。
纳米TiO2具有表面积大、光吸收能力强、化学性质稳定以及无毒性等特点，被广泛应用于环境领域的污水处理、空气净化以及医学领域等。
然而，TiO2光催化反应在实际应用中存在一些问题，如催化剂的稳定性不足以及光催化反应速度慢等。
为了解决这些问题，研究者们对TiO2催化剂进行了一系列的改进研究，提高了催化剂的稳定性和光催化效率。
其中，掺杂型纳米TiO2经过改进后显示出了较好的光催化活性和稳定性。
本文在掺杂型纳米TiO2光催化技术的基础上，研究其在亚甲基蓝的水处理中的降解效果。
亚甲基蓝是一种广泛存在于工业废水中的难降解有机物，自然界中很难被分解，因此对环境具有较大的危害。
通过研究掺杂型纳米TiO2的光催化降解亚甲基蓝的效果，并探究反应机理和影响因素，以期为水资源的保护和环境的治理提供一定的理论依据。
二氧化钛纳米管阵列制备和光催化降解亚甲基蓝
二氧化钛纳米管阵列制备和光催化降解亚甲基蓝朱玉婵;汪德兵;万里;陈红梅;任占冬【摘要】采用电化学阳极氧化的方法,以氟化铵水溶液为电解液,在纯钛表面制备了TiO2纳米管阵列.以亚甲基蓝为模拟污染物,考察了TiO2纳米管阵列光催化降解效果.结果表明,TiO2纳米管阵列催化降解效果要好于TiO2薄膜电极,当降解时间为1h、2h、3h和4h时,降解率分别为57.84%、86.44%、93.66%和95.72%;而TiO2薄膜电极的降解率分别为50.18%、76.27%、87.31%和91.53%.在此基础上,考察了阳极氧化电压、氧化时间和焙烧温度对阳极氧化过程的影响规律.结果表明,阳极氧化电压在25V,氧化时间在1h,焙烧温度在500℃时所制备的TiO2纳米管阵列的光催化降解性能最好.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2010(038)011【总页数】3页(P81-82,99)【关键词】二氧化钛纳米管阵列;电化学阳极氧化;光催化;亚甲基蓝【作者】朱玉婵;汪德兵;万里;陈红梅;任占冬【作者单位】武汉工业学院化学与环境工程学院系,湖北,武汉,430023;武汉工业学院化学与环境工程学院系,湖北,武汉,430023;武汉工业学院化学与环境工程学院系,湖北,武汉,430023;武汉工业学院化学与环境工程学院系,湖北,武汉,430023;武汉工业学院化学与环境工程学院系,湖北,武汉,430023【正文语种】中文Abstract:TiO2nanotubes arrays on titanium substrate were fabricated via electrochemical anodization in NH4F aqueous solution.MethyleneBlue(MB)aqueous solution was selected as a probe to evaluate the photocatalytic activities of TiO2nanotubes arrays.The results showed that the photocatalytic perfor mance of TiO2nanotubes arrayswas better than that of usual TiO2fi lms.When the t ime was 1h,2h,3h and4h,respectively,the degradation ratio of TiO2nanotubes arrays was57.84%,86.44%,93.66%and 95.72%.But the degradation ratio of TiO2fi lmswas only 50.18%,76.27%,87.31% and 91.53%at the same time.The influence of anodization voltage,t ime and annealing temperature ofTiO2nanotubes arrays for mationwas investigated.The results showed that the best photocatalytic perfor mance of TiO2nanotubes arrayswas arrived under the anodization voltage 25V,anodization time 1h and annealing temperature was 500℃.Key words:TiO2nanotubes arrays;electrochemicalanodization;photoatalysis;methylene blueTiO2作为一种重要的光催化材料,近年来在环境光催化领域有广泛的研究和应用。
纳米二氧化钛在膜反应器中循环光催化降解亚甲基蓝
文 章 编 号 ：６ ２ ６ ８ （ ０ ８ ０ — ２ ７ ０ １ ７—９ ７ ２ ０ ） ４０ ８—４
纳 米 二 氧 化 钛 在 膜 反 应 器 中循 环 光 催 化 降解 亚 甲基 蓝
韩 琳 陈 向 荣。万 印 华 廖 立兵¨ ， 。 ，
（． 国地 质大 学 （ 京 ）材 料 学 院 ， 京 １ ０ ８ ；２ 中国 科 学 院 过 程 工 程 研 究 所 ， 京 １０ ８ ） １中 北 北 ００３ ． 北 ０ ０ ０
维普资讯
第 ２ ９卷 第 ４期
２０ ０ ８年 ８月
青 岛 科 技 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖ １２ ｏ ４ ｏ． ９Ｎ ．
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TiO2纳米管阵列改性及光电催化降解亚甲基蓝的研究的开题报告
TiO2纳米管阵列改性及光电催化降解亚甲基蓝的研究的开题报告题目：TiO2纳米管阵列改性及光电催化降解亚甲基蓝的研究一、研究背景及意义随着环境污染日益加剧，光电催化降解技术在环保领域中得到了广泛的应用。
TiO2纳米管阵列是一种新型的光电催化材料，因其具有良好的光学性能和化学性能而被广泛关注。
但是，纯TiO2纳米管阵列的光电催化性能仍有限，进一步改性是提高其催化性能的重要途径。
本研究将通过改性TiO2纳米管阵列的表面性质和结构来提高其光电催化活性。
选择亚甲基蓝作为模拟污染物，研究不同改性方式对其光电降解的影响。
研究结果将为光电催化降解技术的进一步发展提供参考和指导。
二、研究内容及方案1. TiO2纳米管阵列的制备和表征采用阳极氧化法合成TiO2纳米管阵列，采用扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）等技术对其表面形貌和结构进行表征。
通过X 射线衍射（XRD）和比表面积测定（Brunauer–Emmett–Teller，BET）等技术对其晶体结构和比表面积进行分析。
2. TiO2纳米管阵列的改性采用不同的改性方式对纯TiO2纳米管阵列进行改性，包括金属离子掺杂、有机物表面修饰和贵金属修饰等。
通过X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等技术对改性后的TiO2纳米管阵列表面性质进行分析。
3. 光电催化降解亚甲基蓝采用自制的光电池对亚甲基蓝进行光电催化降解实验。
探究改性方式对TiO2纳米管阵列的光电催化降解活性的影响。
通过紫外-可见分光光度计（UV-vis）和高效液相色谱（HPLC）等技术对反应过程中的吸收和降解产物进行监测和鉴定。
三、研究进度安排第一年：制备纯TiO2纳米管阵列样品并表征其形貌和结构；选择改性方式，并对改性后的样品进行表征。
第二年：建立光电催化降解实验系统；探究改性方式对样品的光电催化降解活性的影响。
第三年：对反应过程中的吸收和降解产物进行监测和鉴定；分析实验结果并撰写论文。
纳米二氧化钛薄膜协同接触辉光放电技术降解亚甲基蓝
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１ 实验 部 分
１ １ Ｔｏ２ ． ｉ 薄膜 的制备
取钛 酸 四丁酯 （ ． ．上 海 科 丰 化 学 试 剂 有 限 ＣＰ
公 司产 品） 定量 溶 于适量 的无 水 乙醇 中 。在室 温 机 械 搅拌 下 ， 依次 加 人 二 乙醇 胺 、 Ｎ 溶 液 、 乙 二 Ｈ Ｏ 聚 醇， 搅拌 ２ ｈ得 到 稳 定 、 匀 、 明 的 淡 黄 色 溶 胶 。 均 透 将处 理过 的载玻 片浸 人溶 胶 液 中 ， 基 片 和 液 面稳 待 定后 ， １ 以 ０～１ ｍｍ ・ 的速度 提拉 ， 后在 １０Ｃ ５ Ｓ 然 ０ ｏ 下干燥 ３ ｍｉ。将 薄膜 在 马福 炉 中 以 ｌ ｏ ・ ｉ ０ ｎ ０Ｃ ｍ ｎ
二氧化钛纳米管阵列制备和光催化降解亚甲基蓝
ｉ ｅ ｎ ｅ ｈ ｎ ｄ ｚ ｔｏ ｏ ｔｇ ５Ｖ．ａ ｏ ｉａｉｎ ｔｍｅ ｌ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｅ ａｕｒ ｓ５ Ｏ℃ ． ｒｖ ｄ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ａ ｏ ｉａｉｎ ｖ ｌａ ｅ２ ｎ ｄ ｚ ｔｏ ｉ ａ ｄ ａ ｎ ａ ｉ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅ ｗａ ０ ｈ ｎｇ
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关 键 词 ： 氧化 钛纳米管阵列 ； 二 电化学 阳极 氧化 ； 光催化 ； 甲基蓝 亚
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｆ Ｔｉ ２Ｎａ ｔ ｅ ｒ ｙ ｎｄ Ｐｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｔｃ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｏ Ｏ ｎｏ ｕｂ ｓ Ａｒ ａ ｓ ａ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ
Ｄｅ ｒ ｄ ｔｏ ｆ Ｍ ｅ ｈ ｌ ｎ ｕ ｇ ａ ａ ｉｎ ｏ ｔ ｙ ｅ ｅ Ｂｌ ｅ
ａ ｄ ９１ ５ ％ ａ ｈ ａ ｉ ．Ｔ ｅ ｉｆｕ ｎ ｅ ｏ ｎ ｄｚ ｔ ｎ ｖ ｌ ｇ ｎ ．３ ｔｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｅ ｃ ｆａ ｏ ｉａ ｉ ｏ ｔ ｅ．ｔｍｅ ａ ｄ ａ ｎ ａｉ ｇ ｔｍｐｅａｕｒ ｆＴｉ ｌ ｏ ａ ｉ ｎ ｎ ｅ ｌｎ ｅ ｒ ｔ ｅ ｏ Ｏ，ｎ ｎ ｔ ｂ ｓａ － ａ ｏｕ ｅ ｒ
摘 要 ： 采用电化学阳极氧化 的方法 ， 以氟化铵水溶液为 电解 液 ， 在纯钛表 面制 备 了 ＴＯ 纳米管 阵列 。以亚 甲基蓝 为模拟污 ｉ
染 物 ， 察 了 ＴＯ 考 ｉ 纳 米 管 阵 列 光 催 化 降 解 效 果 。结 果 表 明 ，ｉ： 米 管 阵列 催 化 降 解 效 果 要 好 于 ＴＯ ＴＯ 纳 ｉ 薄膜 电 极 ， 降 解 时 间 为 ｌ 、 当 ｈ ２ ３ ｈ、ｈ和 ４ ｈ时 ， 降解率分别 为 ５ ．４ 、６ ４ ％ 、３ ６ ％和 ９ ．２ ； ＴＯ 薄膜 电极 的降解 率分别为 ５ ．８ 、６ ２ ％ 、７ ３ ％和 ７ ８ ％ ８ ．４ ９ ．６ ５ ７ ％ 而 ｉ２ ０ １％ ７．７ ８．１ ９ ．３ 。在 此 基 础 上 ， 察 了 阳极 氧化 电 压 、 化 时 间 和焙 烧 温 度对 阳 极 氧 化 过 程 的 影 响 规 律 。结 果 表 明 ， １５ ％ 考 氧 阳极 氧 化 电压 在 ２ Ｖ， ５ 氧 化 时 间 在 １ ， 烧 温 度 在 ５０ 时 所 制 备 的 ＴＯ ｈ焙 ０％ ｉ 纳 米 管 阵 列 的光 催 化 降 解 性 能最 好 。
二氧化钛光催化降解亚甲基蓝
辽 宁 化 工 Liaoning Chemical Industry
Vol.45，No. 3 March，2016
二氧化钛光催化降解亚甲基蓝
周华锋，梁殿伟，孙一瑞
（沈阳化工大学， 辽宁 沈阳 110142）
摘
要：以钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛粉末，并将其用于紫外光下降解水
100 95
88
2.4
86
84 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
图 3 TiO2 光催化剂用量对亚甲基蓝降解率的影响
由图 3 可以看出，在相同的光照时间下，当有 TiO2 作为光催化剂加入反应体系中时， 亚甲基蓝的降 解率明显增加，且当催化剂用量较少时，随着投放量 增大， 亚甲基蓝的降解率有所增大， 当投放量为 0.1 g 时，降解率达到最大，继续增加投放量，降解率反而 变小。这是因为 TiO2 粉末在起光催化作用的同时也 对光线产生遮蔽作用。当催化剂量较小时，随着催化 剂用量的增加， 由紫外光激发产生的的光生电子和光 生空穴的数量逐渐增加，亚甲基蓝的降解率提高；但
3+
图 6 紫外光对亚甲基蓝降解率的影响
从图 6 可以看出，在没有光照的情况下，随着 时间的延长，亚甲基蓝的降解率也缓慢增加，但与 有紫外灯的照射实验相对比，降解率相差很大，这 可能是由于在无紫外灯照射的情况下 TiO2 能从自然 光中获得较少的能量， 使得一小部分亚甲基蓝降解。 同时 TiO2 粉末还具有吸附的作用，使得一部分亚甲 基蓝吸附在其表面上，使得溶液中的亚甲基蓝浓度 降低。
近年来，随着人们生活水平的提高，对颜色的 追求也越来越高，而颜色多用染料来表达，染料正 [1] 朝着抗光解，抗氧化的方向发展 。亚甲基蓝是一 种广泛使用的染料，未经处理的亚甲基蓝则会对水 体环境产生严重的污染。目前，处理污水的主要方 法有物理法，化学法和生物法，每种方法都有各自 的优点与缺点，通常需要几种方法的多步处理，才 [2] 能达到要求 。 [3] 1972 年 Fujishima 和 Honda 在 Nature 杂志上报 导了 TiO2 在光的照射下可使水发生持续氧化还原反 应。其反应机理大致如下，利用紫外灯光源，可使 TiO2 表面受激发产生电子-空穴对， 最终使水发生氧 化还原反应产生氧气和氢气。此后利用半导体光催 化剂处理各类污染物废水的研究有了大量的报道 [4] 。TiO2 具有优异的紫外线吸收能力、光催化效应， 且性质稳定，对环境没有污染，价格低廉等优点， 被认为是一种理想的光催化剂。本实验是以钛酸四 丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛粉末， 通过自制的光催化反应装置，考查其对水体中亚甲 基蓝的光催化效果。
二氧化钛光催化降解亚甲基蓝影响因素的研究
二氧化钛光催化降解亚甲基蓝影响因素的研究作者：章丹来源：《环境与发展》2019年第07期摘要：近年来光催化剂的研究一直是一个快速发展的领域，而光催化剂降解有机物更是光催化研究领域中一个重要的分支，TiO2因其稳定性好，成本低，无毒，无二次污染，易掺杂改性等优点，已经成为一种理想的环境污染治理的方法。
本次研究通过对比不同条件下二氧化钛光催化亚甲基蓝的去除效率，找出影响去除效率的因素，得到各因素下最佳降解条件。
关键词：光催化;亚甲基蓝;影响因素中图分类号：X13 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-0-03Abstract：In recent years， the research of photocatalyst has been a rapid development field and the degradation of organic compounds is an important branch in the research field of photocatalysis. TiO2/UV technology has become an ideal environment pollution control methods because it has many advantages， such as its good stability， low cost， non-toxicity， no secondary pollution and easy-doped modification.By comparing the removal efficiency of photocatalytic methylene blue by titanium dioxide under different conditions， the factors affecting the removal efficiency were found and the optimum degradation conditions were obtained.Keywords： Photocatalytic;Methylene blue;Influencing factors亚甲基蓝是染料生成和使用过程中一种很典型很常见的染料，生产过程中丢失的亚甲基蓝未经处理排入水体会造成严重的水污染。
二氧化钛光催化降解亚甲基蓝影响因素的研究
简单实用的方法来降解亚甲基蓝染料废水，减轻染料废水对环境的污染，
达二氧化钛光催化原理
二氧化钛作为半导体光催化剂，其能带间隙为 3.2eV, 当受到波长
小于 387.5nm 的紫外光照射时，二氧化钛价带电子受到激发跃迁至导带，
因而在价带产生电子空穴（ hV+B ）和在导带产生光生电子（ eC−B ）对。在 水溶液中， hV+B 和 eC−B 又可以与水和氧气发生一系列反应，进而生成羟基 自由基 (·OH) 等强氧化自由基将有机物彻底氧化降解，矿化为无机小 分子。其反应步骤如下所示 [1]：
在敞口反应容器（直径 15cm，高 7cm 的圆柱形蒸发皿）中加入
（2）OH- 被光生空穴中和产生羟基自由基：
(H 2O ⇔ H + + OH − ) + hV+B → •OH + H + （3）
（3） O2•− 被质子中和：
O2•− + H + → HO2•
（4）
（4）瞬态过氧化氢自由基形成和歧化氧化：
2HO2• → H 2O2 + O2 （5）H2O2 分解和第二次氧还原： H 2O2 + e− →•OH + OH −
Keywords: Photocatalytic;Methylene blue;Influencing factors
亚甲基蓝是染料生成和使用过程中一种很典型很常见的染料，生产
过程中丢失的亚甲基蓝未经处理排入水体会造成严重的水污染。本研究
的主要目的是通过模拟废水处理实验来优化分子筛 TiO2 光催化降解亚 甲基蓝体系的反应条件，对反应过程进行分析，期望能找到一种方便、
Zhang Dan ( Shanghai HuaMin Environmental Science and Technology Development Co., Ltd., Shanghai 200062,China)
二氧化钛复合材料光催化降解亚甲基蓝研究
二氧化钛复合材料光催化降解亚甲基蓝研究
基于纳米二氧化钛(TiO2)制备的复合材料具有优异的耐温性、抗老化性等，而且由于其特殊的光催化活性，在吸收紫外光能量后具有较强的抗菌杀菌能力。
该研究利用纳米TiO2作为催化剂，通过溶胶-凝胶法制备TiO2/MWCNTs 复合材料，用于光催化降解亚甲基蓝。
实验结果表明，复合材料的光催化活性比单独使用TiO2 更高，且复合材料的稳定性更好。
在最佳条件下，复合材料对亚甲基蓝的去除率达到了85.2%。
总的来说，基于纳米二氧化钛的复合材料在光催化降解亚甲基蓝方面具有潜在的应用前景，能够发挥出优异的催化效果，实现高效清除有机污染物的目的。
该技术对环境保护和资源利用具有重要的意义。
综合实验-TiO2光催化降解亚甲基兰(修正)
TiO2光催化降解亚甲基蓝[目的要求]了解光催化降解有机污染物的基本原理掌握用分光光度法测定有机污染浓度的方法绘制光催化降解有机污染物反应的动力学曲线[仪器与药品]光催化反应装置，日本岛津UV－2550型紫外－可见光谱仪，1 L容量瓶（1个），10 mL移液管（1支），洗耳球（一个），100 mL烧杯（一个），TiO2粉末，亚甲基蓝（分析纯）。
[背景及原理]环境污染的控制与治理是人类21世纪面临和亟待解决的重大课题。
在众多环境污染治理技术中，半导体光催化技术以其室温深度氧化、可直接利用太阳光作为光源来活化催化剂、驱动氧化－还原反应等独特性能成为一种理想的环境污染处理技术。
研究表明，以TiO2为主的半导体光催化技术能将烷烃、脂肪族化合物、醇、脂肪酸、烯烃、苯系物、芳香羧酸、染料、卤代烃、卤代烯烃、表面活性剂、杀虫剂等有机物污染物矿化分解；能将无机重金属离子（Pt4+、Au3+、Rh3+、Cr6+等）还原沉淀净化；同时TiO2还具有化学稳定性高、价廉、安全无毒等优点。
以典型的半导体氧化物TiO2为例，其光催化降解有机污染物的一般原理如下：在紫外光辐照下（hv≥ 3.2 eV），TiO2体内产生光生电子－空穴对(式1)，光生电子和空穴经分离、迁移至TiO2表面。
光生空穴具有较强氧化性，可氧化活化TiO2的表面羟基，生成羟基自由基(式2)；而光生电子具有还原性，可使TiO2表面的吸附氧因接受光生电子而被还原，生成氧自由基(式3)。
由于羟基自由基和氧自由基能氧化大多数的有机物，可将有机物氧化矿化成CO2和H2O，即达到深度氧化降解有机污染物的目的(式4)。
TiO2 (UV-irradiated) → e¯+ h+(1)OH¯ + h+→ ·OH (2)O2 + e¯ → O2˙¯ (3) ·OH (and/or O2˙¯) + Organic Compounds → CO2 + H2O (4)本实验采用亚甲基蓝为模型反应物，TiO2光催化降解亚甲基蓝的过程中，亚甲基蓝溶液的浓度变化采用分光光度计测试分析。
合肥学院二氧化钛纳米光催化性能的研究实验报告
学号：1003021022合肥学院化学与材料工程系《专题研究训练》选课实验报告《二氧化钛纳米光催化性能的研究》刘克峰化学工程与工艺张慧2012年6月19日项目名称 实验者 所属专业 指导教师 提交日期专题研究训练实验课程组、《专题研究训练》实验报告二、实验报告正文《氧化钛纳米光催化性能的研究》实验目的：让化学本科生尽早了解和掌握光催化原理，熟悉光催化剂的制备和光催化反应，在大量研究工作的基础上，设计涉及纳米光催化剂的制备、催化剂的简单表征和催化活性评价的综合性实验。
让学生能够对光催化具有较好的了解。
实验原理：光催化基本原理是指光催化剂受到大于禁带宽度能量的光子照射后，发生电子跃迁，生成光生电子（e ）和空穴对（h ），光生电子具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属离子，而空穴具有极强的氧化性，可对吸附于其表面的污染物进行直接或间接的氧化降解，此外，空穴还可以氧化"O和01一生成反应性极高的羟基自由基（・0H）,・0H!—种强氧化剂（氧化还原电位为+2. 8V），它可以将大多数有机染料氧化为可矿化的最终产物。
以本实验中的Ti02为例。
Ti02的带隙能火3.2 eV,相当于波长为387.5nm光子能量，抵达地面太阳能最小波长为300.0nm, 300.0〜387.5nm之间的紫外光能约占太阳能的1%左右［i］。
当TiO?受到太阳能辐射后，处于价带的电子就被激发到导带，价带便生成空穴（h+）。
光催化反应机理可用以下各式表示：TiO? +hv（UV）—TiO2（e-+ h +）TiO2（h+）+ H 2—TiO 2+ 出0+・ OHTiO2（h+） + OH 一—TiO2 + • OH有机染料+ • 0H-降解产物有机染料+h+—氧化产物有机染料+e一—还原产物式中hv是将TiO2的电子从价带激发到导带的光子能量。
HCOHjOJtH HO； K图半导体Ti6光催比氧化反应机理示意图本次试验采用溶胶-凝胶法。
纳米二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的研究
纳米二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的研究张亚平陈杰曹飞丽刘登彪1 实验装置图1光催化实验装置TiO2溶胶的光催化活性通过亚甲基蓝溶液的光催化降解实验来表征。
紫外光下的光催化反应装置如图1所示。
整个试验装置置于暗箱中，光源由20 W的紫外灯提供，光照距离为5cm。
将亚甲基蓝溶液放置玻璃反应器中（高15mm，直径80mm），然后再将盛有亚甲基蓝溶液的玻璃反应器放在紫外灯正下方。
2 实验步骤2.1 TiO2用量对光催化效果的影响向培养皿中分别加入制备的纳米TiO2溶胶(0.1 mol/L) 0、2，4，6，8，10 mL，然后加入100 mL亚甲基蓝标准溶液（10 mg/L）。
打开紫外灯，光照180min，每隔30min取样1mL，采用吸光光度法测定亚甲基蓝的浓度。
同时做空白对照。
计算亚甲基蓝溶液的去除率，绘制浓度变化曲线和去除率曲线。
2.2 pH对光催化效果的影响根据前面确定的最佳投加量，向培养皿中加入纳米TiO2溶胶，然后加入100 mL亚甲基蓝标准溶液（10 mg/L）。
调节pH分别为5、6、7、8 。
其余方法相同。
2.3亚甲蓝浓度对光催化效果影响根据前面确定的最佳投加量和最佳pH，向培养皿中加入纳米TiO2溶胶，然后加入100 mL亚甲基蓝标准溶液，浓度分别为10、20、30、40、50mg/L。
其余方法相同。
改性纳米二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的研究李余彭婷桂丕叶俊1 实验装置图1光催化实验装置TiO2溶胶的光催化活性通过亚甲基蓝溶液的光催化降解实验来表征。
紫外光下的光催化反应装置如图1所示。
整个试验装置置于暗箱中，光源由20 W的紫外灯提供，光照距离为5cm。
将亚甲基蓝溶液放置玻璃反应器中（高15mm，直径80mm），然后再将盛有亚甲基蓝溶液的玻璃反应器放在紫外灯正下方。
2 实验步骤2.1 Fe掺杂对光催化效果的影响溶液中Fe3+与Ti4+的摩尔比分别为0.010:1，0.0075:1，0.0050:1，0.0025:1并对应标记为Fe3+ 1.0，Fe3+ 0.75，Fe3+ 0.5，Fe3+ 0.25；然后加入100 mL亚甲基蓝标准溶液（10 mg/L）。
不同负载形态TiO2薄膜光催化亚甲基蓝效能分析
不同负载形态TiO2薄膜光催化亚甲基蓝效能分析解清杰;陈再东;滕辰亮;戴竞【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)006【摘要】针对目前光催化中催化效率低的问题,采用溶胶-凝胶法及浸提技术,分别对玻璃片、纤维膜、钢丝网进行TiO2的固定化负载.通过微观形貌进行分析,利用亚甲基蓝为目标污染物,探究制备以及光催化工艺对Ti02催化降解性能的影响及其重复使用效果,结果表明:随着浸涂次数的增加,不同载体的表面TiO2薄膜的微观形貌有所变化,对亚甲基蓝的光催化降解率呈现先增大后稳定的趋势,降解率从大到小为玻璃片、纤维膜、钢丝网,薄膜最优镀膜次数分别为3,4,4次.采用玻璃片镀膜4次所制备的TiO2光催化降解率最高,4h紫外光降解率可达75.3％.【总页数】4页(P704-707)【作者】解清杰;陈再东;滕辰亮;戴竞【作者单位】江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】X703.1【相关文献】1.负载型TiO2薄膜光催化剂降解亚甲基蓝 [J], 丰桂珍2.TiO2 薄膜光催化降解甲基橙和亚甲基蓝 [J], 武正簧;周丽3.TiO2负载杂多酸光催化降解亚甲基蓝的研究 [J], 马旭光4.粉煤灰负载TiO2光催化剂制备及降解亚甲基蓝研究 [J], WANG Chen;FEI Qian-feng;YANG Ben-hong5.MgAl层状双金属氧化物负载TiO2光催化降解亚甲基蓝的性能研究 [J], 杜羽庆;苏彩红;位家乐;张凌;常志显;种瑞峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。