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本论文研究了纳米二氧化钛薄膜、纳米铁氧化物薄膜体系,并在普通载玻片上成功制备了纳米TiO2/Fe2O3复合薄膜,对二氧化钛/铁氧化物复合薄膜体系的反应机理和光催化氧化降解印染废水亚甲基蓝的效果与效率进行了初步探讨,研究了镀膜次数、焙烧温度、焙烧时间、光源、不同目标物以及目标物的初始浓度、光照时间、反应气氛、掺杂等对薄膜的光催化效率的影响,主要研究工作内容及结论如下:
1、用溶胶.凝胶法和浸渍-提拉法在清洁载玻片上镀5层纳米TiO2薄膜,制备条件为:钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硝酸(1mol/L)按照体积比3:15:1:5的比例混合,适量冰醋酸,经550℃焙烧2h后,得到了晶体长度为5-10hm的混合矿相纳米TiO2。用三价铁和碱充分水解,调pH为2.1,60℃水浴下振荡48h后转化成水合氧化铁和羟基氧化铁的混合物,在玻片上镀5层铁氧化物薄膜,350℃焙烧1h后得到晶体长度为20-60nm的纳米α-Fe2O3。在TiO2薄膜表面继续镀5层铁氧化物膜,经350α焙烧1h后得到TiO2/Fe2O3复合纳米薄膜催化剂,经TEM表征发现,二氧化钛圆团状晶体表面附着着赤铁矿的棒状晶体,晶格条纹清晰可见。
2、纯TiO2薄膜催化剂在不断曝气条件下接受紫外光照射1h对浓度为5mg/L的亚甲基蓝降解率可达到78%,处理工业二甲基亚砜废水6h效率能达到82%,经过掺杂铁离子改性后的薄膜效率有所提高;在氙灯下几乎没有光催化效率。(本论文处理所有废水均只用一片镀膜质量不到0.01g的膜片,若不加说明,亚甲基蓝废水取用量为10mL,浓度为5mg/L)。
纯Fe2O3薄膜催化剂在不通空气,不加任何酸碱、催化剂的条件下经紫外光照射2h对浓度为1mg/L亚甲基蓝降解率为68%,低于纯TiO2薄膜;经氙灯照射2h对5mg/L亚甲基蓝的降解率为55%,经太阳光照射10h可以达到75%的降解率。
3、TiO2/Fe2O3复合薄膜在未通空气,不加任何外加酸碱、催化剂的条件下接受紫外光照射3h对5mg/L的亚甲基蓝的降解率为60%,略低于纯TiO2薄膜;接受氙灯光照2h能达到65%的效率,即高于纯α-Fe2O3薄膜,又扩展了纯TiO2薄膜的光响应区域;借助两种不同半导体之间的能级差别促使电荷有效地分离进而增大其量子效率,并使激发波长延伸到更大的范围,太阳光下照射10h能达到80%的效率,亦高于纯α-Fe2O3薄膜。