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纳米技术的发展日新月异,在生命医学、生物技术、信息产业、能源、环境、国防科技以及工业制造等诸多领域的应用前景非常广阔,对21世纪的科技发展具有重要作用。纳米TiO<,2>以其在环境净化方面的巨大作用成为目前最具应用前景的光催化剂。本文在归纳纳米TiO<,2>光催化降解有机污染物的基础上,确定以负载型光催化体系作为研究对象,选用一些新颖的、具有独特物理化学特性的材料作载体,重点进行了以下几个方面的研究。
首先,系统研究了纳米TiO<,2>光催化降解硝基苯过程中的影响因素,并对反应动力学进行了分析,为之后开展的负载型光催化剂的制备与表征做好了铺垫。
在溶胶凝胶法制备纳米光催化剂的基础上,通过对制备方法的改进,分别采用溶胶凝胶法、浸渍法、吸附水解法制备了以CdS、A1203、Zr02为载体的负载型光催化剂。通过对样品进行的X射线衍射、透射电镜、比表面积、红外光谱、粒度分析、紫外光光谱等表征了其晶相、形貌、比表面积、吸收边等物理化学性质。通过对不同污染物(甲基橙、造纸废水、亚甲基蓝)的降解表征了其光催化活性,不同载体的样品均表现出很好的光催化活性。
综合分析表明,三种制备方法各有优缺点:溶胶凝胶法所制备的CdS/TiO<,2>负载型催化剂光催化效果好,有利用太阳能的可行性,但存在颗粒团聚较严重、粒度分布较复杂等缺点,同时,由于载体在制备过程中悬浮在溶胶中,所制得的样品中混合了部分未负载的TiO<,2>;浸渍法方法简易,对于如Al<,2>O<,3>这种强吸附性的载体,可以得到催化性能较好的负载样品,但是溶胶与载体的分离有一定的困难;吸附水解法,主要是通过真空条件下载体对Ti<4+>吸附性增强,溶剂蒸发后,Ti<4+>能较好地负载在载体上,通过迅速加入大量的水可以使表面的Ti<4+>急速水解。该法克服了浸渍法的分离困难,多次负载受限制等缺点,可以很好的制备负载型催化剂,同时,样品的粒度和均匀度均可通过改变载体得到很好的控制,并有望通过该方法制得核-壳结构的纳米光催化剂。
综上所述,本文通过对负载型纳米TiO<,2>光催化剂的系统研究,针对光催化降解技术应用的相关问题进行了初步的探索和研究。在纳米光催化剂的负载工艺、颗粒表征、降解效果的评价等方面取得了某些有意义的结果,具有一定的创新性,为纳米光催化材料的进一步研究和实际应用奠定了基础。