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摘 要

本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO/TiO2复合光催化剂。以紫外灯为光源，对有机染料罗丹明B进行光催化降解实验研究，考察ZnO/TiO2的光催化性能。实验探讨了催化剂用量、光照时间、染料初始浓度、溶液pH值等因素对罗丹明B降解效果的影响，同时也进行了掺杂ZnO改性的TiO2对罗丹明B降解实验的研究。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）研究了复合物的形貌及晶型，通过UV-Vis吸收光谱分析了复合材料的吸光性能。结果表明：ZnO与TiO2复合拓宽了催化剂对可见光的吸收范围，提高了TiO2的光催化活性, 并比较了不同的掺法，得出：掺杂量（ZnO）为2.0%（w）复合光催化剂催化活性最高。

关键词: 光催化降解；二氧化钛；氧化锌；掺杂；罗丹明B

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ABSTRACT

This paper employs sol-gel process for preparation of ZnO/TiO2 nano-materials as composite photo catalyst, with UV lamp as the source of light, we conduct photocatalytic degradation experiments of organic dyes, investigating the performance of ZnO/TiO2 photocatalysis. Degradation of nanometer ZnO/TiO2 photocatalytical degradation of LuoDanMing B were examined by such factors as dosing quantity, illumination time, dye initial concentration, solution of the pH and so on, by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction(XRD) study of the complex morphology and crystal, UV-Vis absorption spectrum analysis of composite material suction light performance. The results showed that compound with TiO2 ZnO catalyst to broaden the scope of the visible absorption, improving the photocatalytic activity of TiO2 and compared with different mixing method, we come to a conclusion that doping ZnO into TiO2 for 2.0%(w), composite photo catalyst catalytic activity is the highest.

Keywords：potocatalytic degradation; Titanium dioxide; Zinc oxide; dope; LuoDanMing B - II -

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目 录

摘 要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT ........................................................................................................................ II 1 前言 ................................................................................................................................... 1

1.1纳米二氧化钛及其光催化的现状与应用前景 ...................................................... 1

1.1.1纳米二氧化钛在不同领域中的应用 ............................................................ 1 1.1.2纳米二氧化钛的光催化研究进展 ................................................................ 3 1.2制备纳米二氧化钛的不同方法 .............................................................................. 3 1.3纳米二氧化钛光催化机理与优点 .......................................................................... 4

1.3.1光催化机理 .................................................................................................... 4 1.3.2 光催化优势及影响因素 ............................................................................... 5 1.4 光降解对象罗丹明B的简介 ................................................................................ 6 1.5 TiO2的改性研究及存在的问题 .............................................................................. 7

1.5.1改性TiO2的不同手段 ................................................................................... 7 1.5.2 二氧化钛的掺杂改性研究 ........................................................................... 7 1.6本课题研究内容 ...................................................................................................... 7 2 实验 ................................................................................................................................... 9

2.1实验仪器 .................................................................................................................. 9 2.2 实验试剂 ................................................................................................................. 9 2.3 TiO2粉末的制备及掺杂改性 .................................................................................. 9

2.3.1溶胶-凝胶法制备TiO2 .................................................................................. 9 2.3.2掺杂ZnO改性纳米TiO2 ............................................................................ 10 2.4 纳米TiO2光催化降解罗丹明B的性能研究 ..................................................... 16

2.4.1 实验内容 ..................................................................................................... 16 2.4.2 结果与讨论 ................................................................................................. 17 2.4.3 小结 ............................................................................................................. 21 2.5 掺杂ZnO的纳米TiO2光催化降解罗丹明B的性能研究 ................................ 22

2.5.1 实验内容 ..................................................................................................... 22 2.5.2 结果与讨论 ................................................................................................. 22 2.5.3 小结 ............................................................................................................. 27 2.6结果与表征 ............................................................................................................ 28 2.7光催化降解罗丹明B的性能研究结果与分析 ................................................... 35 结 论 ............................................................................................................................. 37 参 考 文 献 ....................................................................................................................... 38 致 谢 ............................................................................................................................. 39

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1 前言

1.1纳米二氧化钛及其光催化的研究进展与应用前景

1.1.1纳米二氧化钛在不同领域中的应用 （1）纳米二氧化钛在环保领域中的应用

与常规材料相比，纳米二氧化钛具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等独特的性能。同时由于纳米二氧化钛具有光化学性质稳定、催化效率高、氧化能力强、无毒无害、价格便宜、在实际应用中工艺流程简单、操作条件易控制、无二次污染等[1,4]优点，使得纳米二氧化钛在废水处理、大气净化、城市垃圾处理以及除臭杀菌等环保领域得到了广泛研究和应用。 （2）在有机废水处理中的应用[1,7,10]

研究发现，纳米二氧化钛能有效的对卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、染料、表面活性剂、农药等进行光催化反应，最终生成无机小分子物质。纳米二氧化钛光催化降解法，特别适用于处理那些用生物或一般化学方法难以降解的芳烃和芳香化合物。对于废水中浓度高达几千毫克每升的有机污染物体系，光催化降解均能有效地将污染物降解去除，达到规定的环境标准。纳米二氧化钛在降解有机物水处理方面有以下优点：

A、具有巨大的比表面积，因而具有与废水中有机物更充分的接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面；

B、具有更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力，可快速将其表面的有机物分解掉。而且光催化氧化法降解有机废水设备工艺简单，氧化能力强，具有可利用太阳光、能耗低、无二次污染等特点，故 在水的深度处理和含难降解有机物的工业废水处理方面有很好的应用前景，主要应用领域如下：有机膦农药废水处理、氯代有机物废水处理、含油废水处理、毛纺染整废水处理、矿井水处理等。 （3）对城市生活垃圾的处理[1,7]

近年来城市生活垃圾是当前城市污染的一大问题。在垃圾堆放场中，通常含有各种有机污染物，需要对其进行无害化处理，而采用一般的生物法处理技术，对有些污染物难于降解。

采用纳米二氧化钛催化技术，在降解过程中其表面产生的氢氧根自由基的氧化性，是在水体中氧化能力最强的，对反应物几乎无选择性，所以该技术具有明显的优势。从垃圾堆放场流出的渗滤液，可渗透到地下，对地下水引起严重的污染，所以对垃圾堆放场渗滤液的污染处理是环境治理的一个重要方面。 （4）用于制备特种纸 A、抗菌功能纸

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