掺杂TiO2光催化在环境治理中的探索

　　二氧化钛光催化剂具有催化活性高、氧化性强、耐化学腐蚀的特性，可用来降解有机废水，可分解对一般消毒剂有抗药性的细菌、病毒、微生物，也可将甲醛、苯等有害气体彻底分解为CO2和H2O，起到净化空气的作用。并且稳定廉价，是一种优秀的半导体材料[1-3]。

　　光催化降解现在还是实验室主要研究的问题，实际应用很少[4]。因此无论是在光催化机理的研究方面，还是在工业实际应用中都需要进一步的深入研究，主要表现在如下几个方面[5]：

　　（1）通过对TiO2 表面的修饰，提高催化剂的催化活性和选择性；

　　（2）提高太阳光全波段的利用率；

　　（3）带隙较小的半导体光催化剂的开发；

　　（4）对二氧化钛进行掺杂；

　　（5）组合光催化技术在水处理中的应用。光催化与超声波、电、微波和生物技术的联合，更能促进它在水处理中的应用，特别是对于那些有毒、生物难以降解的污染物、污水的后续深度处理，这也是水处理技术发展的需要。

 

　　1.掺N元素二氧化钛光催化的研究

　　采用溶胶—凝胶法，以钛酸四丁酯和氨水为前驱体，制备不同掺氮量的锐钛矿结构TiO2粉末，并在高压汞灯以及室内自然光下，把这些样品对甲基橙溶液进行光催化降解实验。

　　用量筒分别量取70ml的无水乙醇和15ml的钛酸丁四酯，混合均匀，在磁力搅拌器710r/min下搅拌0.5h，然后滴加0.25mL硝酸，搅拌2min，将溶液分为等体积得四份，置于磁力搅拌器上，逐滴加入0.5ml、0.75ml、1.25ml、1.5ml的氨水，依次标记为a、b、c、d，剧烈搅拌2h，快速沉淀。将所得的溶胶置于通风厨约3h，陈化，得到均匀凝胶；将凝胶置于真空烘箱中，120℃下烘20min；将干胶研磨成粉末，再将粉末置于马弗炉内煅烧，烧结的升温阶段约90min由室温升到450℃，并在此温度下加热1h，然后自然冷却到室温。将制得的粉末保存在对应编号的试管中。

　　按照每100毫克水中溶解1毫克甲基橙的比率配置甲基橙溶液，a、b、c、d四个样品各取0.15g置于盛有150ml甲基橙溶液的烧杯中，将烧杯放在175W高压汞灯下照射，并在磁力搅拌器上均匀搅拌。每隔20min取一次样在室温下冷却。离心取上清液，在紫外可见分光光度计上测量样品紫外可见光吸收光谱。

　　图1中a、b、c、d曲线分别是氨水量为0.50 ml、075 ml、1.25 ml、1.50 ml所制的纳米TiO2在高压汞灯的照射下降解甲基橙的曲线，甲基橙的偶氮和醌式结构一般出现在酸性和碱性条件下[6]，用其作为染料废水的模拟污染物具有很强的代表性。从图上可以看出，降解速率最快到最慢的顺序是d、a、c、b。d的降解速度最快，由氮掺杂TiO2晶体结构分析可知，氮的加入引起样品中TiO2的晶格畸变，适度的畸变会产生较多的氧缺，从而引入更多捕获电子的陷阱，这些陷阱一般由是导带底部浅能级构成，陷阱的出现有助于电子-空穴对的有效分离并迁移至表面参与催化反应，从而提高光催化效率。

　　2.掺铁离子二氧化钛光催化的研究

　　采用溶胶——凝胶法发制备了氯化铁掺杂二氧化钛的溶胶，并将在不同PH下制备的溶胶均匀涂在硅片上，用高压汞灯照射，观察不同样品对甲基橙的分解率。研究紫外光下Fe3+/Ti02纳米薄膜对甲基橙溶液（MO）光催化降解过程，探讨Fe3+对Ti02的光催化活性的影响。研究发现接近中性溶胶制备的薄膜，光催化性能优异。同时也发现采用硅基的办法可以促进载流子的分离，增大非平衡载流子的寿命，同时扩大了对可见光响应[7]。

　　先以钛酸四丁酯和无水乙醇以1：2混合，再加入0.8mL浓盐酸制得A液。再把0.2%氯化铁（Fe-TiO2）溶解在和A液等体积的无水乙醇中制得B液。混合A，B两溶液，搅拌均匀后平均分成三组1，2，3。三组分别依次加入：25uL盐酸；（pH=2）；25uL NH4？H2O（pH=9）25mL；25uL NH4？H2O（pH=8）。磁力搅拌80分钟后，旋涂在准备后的硅片上。在400℃下煅烧2h。表一是计算得到的在三个样品硅片上旋涂的氧化钛质量。本文由论文联盟http://www.LWlM.cOm收集整理

　　由图2可以看出，样品2的甲基橙降解率是最好的，1、3组样品的甲基橙的降解率是差不多。样品2的硅片上附着上的氧化钛质量是最少的，但是它的却是催化效果最好的这和我们对制备的二氧化钛薄膜形貌分析的结果是相符合的。