摘要
随着对半导体光催化剂的深入研究，其用于降解有机废水已经从实验室逐渐走向了工业化。在那么多半导体催化剂中，TiO2凭借其绿色无毒、性质稳定、制备简单和价格低廉等优点脱颖而出，成为半导体材料中最受人瞩目的光催化剂。但是二氧化钛的禁带宽度较大，其只在小于387 nm波长范围的紫外光区有较好的光催化活性，光生电子-空穴对的复合率较高，能在极短的时间内复合，导致量子利用率低等问题，科研人员采用了多种方法对其进行改性，其中包括金属和非金属单掺杂、过渡离子掺杂、共掺杂、贵金属修饰、染料敏化、半导体复合和负载固化技术。 本文通过对其进行掺杂和复合改性，使二氧化钛的光催化活性得到提高。在可见光和紫外光条件下降解甲基橙溶液来评价样品的光催化活性，主要研究内容如下： （1）采用溶胶-凝胶法成功制备出纳米二氧化钛光催化剂，实验表明，所制备的二氧化钛光催化剂在可见光条件下光催化活性较低，紫外光条件下较高。二氧化钛纳米粉体是由纳米级颗粒堆积而成，其尺寸均达到纳米级。降解浓度为10 mg/L的甲基橙溶液在可见光下降解5 h后，降解率为27.91%；在紫外光条件下降解5 h后，降解率为96.08%。 （2）基于二氧化钛的不足，制备了系列银掺杂二氧化钛光催化剂，研究了银掺杂对二氧化钛光催化降解活性的影响。实验结果显示，掺杂银之后降低了二氧化钛的结晶度，且未改变二氧化钛的晶型。引入银离子减小了二氧化钛催化剂的禁带宽度，提高了光生电子-空穴的利用率。其中，当银掺杂量所占摩尔为1.00%时，在可见光条件和紫外光条件下，二氧化钛均达到最佳光催化活性。在可见光下，光催化降解4 h，降解率达到92.57%；在紫外光下，降解2 h，降解率达到84.54%。 （3）成功制备出了白炭黑/二氧化钛光催化剂，结果表明，白炭黑/二氧化钛催化剂光催化活性的提高，是由于半导体间形成了特殊的异质结结构，此结构大大提高了光生电子-空穴的分离和传递速率，进而提高其光催化活性，白炭黑的最佳复合量为3.00%。 （4）先用溶胶-凝胶法制备出了白炭黑/二氧化钛光催化剂，后选择0.20 g具有最佳光催化活性的白炭黑/二氧化钛复合光催化剂浸渍于不同浓度的硝酸银溶液中，制备了银修饰白炭黑/二氧化钛光催化剂。结果表明，白炭黑/二氧化钛复合光催化剂经一定浓度的硝酸银溶液浸渍处理后，光催化活性得到了进一步的提高，硝酸银溶液的最佳浓度为3.00×10-5 mol/L。 以上研究结果表明，采用溶胶-凝胶法可以成功制备出二氧化钛和通过贵金属掺杂、半导体复合和贵金属沉积改性的光催化剂，可以有效地提高TiO2的光催化活性。
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