硫—铈共掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化性能研究

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本文针对TiO2光催化剂对太阳光利用率较低、光生电子和空穴复合率偏高的问题,采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,并对其进行硫元素和铈元素的掺杂,制备硫-铈共掺杂TiO2纳米管阵列。采用阳极氧化法在制备TiO2纳米管阵列的同时对其进行硫元素掺杂改性,并对其具有可见光活性机理进行了简要的分析。结果表明:硫元素以S6+的形式替代了TiO2晶格中的Ti4+,形成S-O-Ti键。硫掺杂TiO2纳米管阵列的可见光响应范围有所提高,掺杂量对纳米管阵列的光电性能有较大影响,掺杂量为0.39at.%的TiO2纳米管阵列具有最佳的光吸收性能和光电催化活性:与未掺杂的TiO2纳米管阵列相比,吸收边带红移了45nm;在可见光下对甲基橙的降解率提高了11.5%,紫外光下提高了38.2%。采用恒电流沉积法在硫掺杂TiO2纳米管阵列上制备硫-铈共掺杂TiO2纳米管阵列。结果表明:当电流密度为1mA/cm2,电沉积时间为4min时制备的硫-铈共掺杂TiO2纳米管阵列具有最佳的光吸收性能和光电催化活性:与硫掺杂TiO2纳米管阵列相比,可见光下对甲基橙的降解率提高了12.8%,紫外光下提高了14.1%;与未掺杂的TiO2纳米管阵列相比,吸收边带红移了63nm;可见光降解率下提高了24.3%,紫外光下提高了52.3%。辐射氧化技术对难降解的有机物有很好的降解作用,然而辐射运行成本较高,单独应用辐射技术往往需要很高的吸收剂量,将TiO2光催化技术与γ辐射联合起来处理有机废水,有利于提高废水中难降解有机物的降解率,本文对TiO2纳米管阵列协同γ辐射处理有机废水的可行性进行了探讨。实验结果表明:TiO2纳米管阵列协同γ辐射催化降解甲基橙染料废水体系中,TiO2纳米管阵列的存在明显提高了体系的降解率。甲基橙染料废水的pH值为3、硫酸钠浓度为0.4mol/L时,TiO2纳米管阵列与γ辐射协同效果最佳,吸收剂量为3KGy时,降解率为85.6%,和单一γ辐射的相比,提高了5.7%。
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