国产午夜一区二区在线观看m,婷婷婷五月天成人网,日韩欧美岛交视频,国产精品无码一区二区三区免费n

  
智鈦可見光光觸媒---氮摻雜納米二氧化鈦的制備
 
光電催化技術(shù)是從20 世紀70 年代逐步發(fā)展起來的一門新興環(huán)保技術(shù)。 它利用半導(dǎo)體氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性, 利用光能可有效地氧化分解有機物、還原重金屬離子、殺滅細菌和消除異味。 由于光催化技術(shù)可利用太  陽能在室溫下發(fā)生反應(yīng),比較經(jīng)濟；光催化劑TiO₂ 自身無毒、無害、無腐蝕性,可反復(fù)使用;可將有機污染物完全礦化成H₂O 和無機離子, 無二次污染，所以有著傳統(tǒng)的高溫、常規(guī)催化技術(shù)及吸附技術(shù)無法比擬的誘人魅力, 是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。 
雖然在TiO₂納米半導(dǎo)體光催化的理論和應(yīng)用方面，人們已作了大量研究，并且在環(huán)境污染物的治理方面已有產(chǎn)品和設(shè)備問世。但目前在光催化體系的研究中仍存在許多理論和技術(shù)問題沒有得到解決，TiO₂納米半導(dǎo)體光催化在環(huán)境污染物的實際治理應(yīng)用方面還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。存在的主要問題及其未來的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在：是提高光催化劑活性，這也是眾多科技工作者多年來一直追求的目標，并且已經(jīng)取得了重要的成果。其次擴展催化劑的光反應(yīng)范圍也是目前研究的熱門和未來的一大發(fā)展方向。通常TiO₂只能被波長小于387.5 nm的近紫外光激發(fā)，而照射到地球表面的太陽光只有5%能達到該要求。為了更充分利用廉價、綠色的太陽光，降低能耗，研制對可見光有活性的新催化劑，具有重要的實際意義。再者催化劑的現(xiàn)有制備方法及制備條件苛刻，工藝設(shè)備復(fù)雜，成本高，在一定程度上影響了催化劑的推廣與應(yīng)用。
為了擴展催化劑的光譜范圍，人們積極對TiO₂進行改性，利用能隙不同但又相近的兩種半導(dǎo)體之間光生載流子的輸送與分離有效的提高催化劑的光催化活性，制備出復(fù)合半導(dǎo)體如TiO₂/ SnO₂、TiO₂/ SiO₂、TiO₂/ZrO₂、Ln₂O₃/ TiO₂、TiO₂/Al₂O₃、ZnO /TiO₂等，對光催化劑進行非金屬摻雜也可將催化劑的激發(fā)范圍擴展到可見光區(qū)，如制備單一的碳摻雜或氮摻雜都可以改變二氧化鈦的光譜響應(yīng)范圍，但其制備方法條件苛刻，操作復(fù)雜，處理時間太長，制備溫度高，耗時耗能，價格昂貴，極大地影響了納米二氧化鈦的推廣應(yīng)用。
 
一、該項目研究的目的意義
近年來，半導(dǎo)體多相光電催化作為一項新的污染治理技術(shù)，日益受到重視。它在廢水處理中的應(yīng)用潛力，已有許多文獻報道。大量研究證實，染料、表面活性劑、有機鹵化物、農(nóng)藥、油類、氰化物等都能有效地進行光催化反應(yīng)，脫色、去毒，礦化為無機小分子物質(zhì)，從而消除對環(huán)境的污染。目前，光催化消除和降解污染物成為其中較為活躍的一個研究方向。
雖然在TiO₂納米半導(dǎo)體光電催化的理論和應(yīng)用方面，人們已作了大量研究，并且在環(huán)境污染物的治理方面已有產(chǎn)品和設(shè)備問世。例如，研制出的TiO₂薄膜；含TiO₂的紙；自清潔含TiO₂鍍層玻璃燈罩；用于水處理的流型光反應(yīng)器等等。但目前在光電催化體系的研究中仍存在許多理論和技術(shù)問題沒有得到解決，正因如此，目前TiO₂納米半導(dǎo)體光電催化在環(huán)境污染物的實際治理應(yīng)用方面還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。存在的主要問題及其未來的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在：，是提高光催化劑活性，這也是眾多科技工作者多年來一直追求的目標。其次，擴展催化劑的光反應(yīng)范圍也是目前研究的熱門和未來的一大發(fā)展方向。通常TiO₂只能被波長小于387.5 nm的近紫外光激發(fā)，而照射到地球表面的太陽光只有5%能達到該要求。為了更充分利用廉價、綠色的太陽光，降低能耗，研制對可見光有活性的新催化劑，具有重要的實際意義。再者，催化劑的現(xiàn)有制備方法及制備條件苛刻，工藝設(shè)備復(fù)雜，成本高，在一定程度上影響了催化劑的推廣與應(yīng)用。
二氧化鈦（TiO₂）由于具有優(yōu)異的光化學(xué)性能，且穩(wěn)定性好，無毒和成本低等特點，作為光電催化材料得到了深入的研究。但其禁帶（3.2 eV）較寬，可見光響應(yīng)差，只有波長小于387.5 nm的紫外光才能使其激發(fā)產(chǎn)生光生電子－空穴對，因而其太陽能利用率低（約3～5%）。如何提高可見光催化效率和量子效率是TiO₂ 光電催化研究的重要課題。
為了擴展催化劑的光譜范圍，人們積極對TiO₂進行改性，利用能隙不同但又相近的兩種半導(dǎo)體之間光生載流子的輸送與分離有效的提高催化劑的光催化活性，主要有貴金屬沉積、離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、有機染料光敏化催化等。制備出復(fù)合半導(dǎo)體如TiO₂/ SnO₂、TiO₂/ SiO₂、TiO₂/ZrO₂、Ln₂O₃/ TiO₂、TiO₂-Al₂O₃、ZnO /TiO₂。其中離子摻雜是以物理或化學(xué)的方法將離子引入到TiO₂晶格結(jié)構(gòu)中，改變其電荷密度分布，形成缺陷或改變晶格類型，改變其能帶結(jié)構(gòu)，改善其光催化性能。離子摻雜修飾TiO₂包括金屬離子和非金屬離子摻雜，采用金屬摻雜（如貴金屬、過渡金屬和稀土金屬）改性TiO₂的研究相對較多，但金屬離子摻雜TiO₂往往具有熱不穩(wěn)定性，且載流子復(fù)合速率增加，從而犧牲其在UV區(qū)的光催化能力。2001年，Asahi等報道了N摻雜TiO₂光催化劑Ti_2－xN_x的制備，將TiO₂催化劑的光激發(fā)波長擴展到可見光區(qū)，并保持其UV區(qū)催化活性不變，引發(fā)了采用非金屬對TiO₂光催化劑進行改性的熱潮。對光催化劑進行無機摻雜將催化劑的光激發(fā)范圍擴展到可見光區(qū)，是近期研究的一大熱點方向。通過在二氧化鈦中摻入非金屬離子,如B、C、N、S、F、Cl 、Br 和I 等，來提高二氧化鈦在可見光下的光催化活性受到了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，其中氮的摻雜研究較多。
杭州智鈦凈化科技有限公司研究人員利用不同溫度下介質(zhì)的溶解度的差異，以無機鈦為原料，一次制備摻氮的可見光光觸媒（納米二氧化鈦）。 該產(chǎn)品在紫外及可見光區(qū)均有很強的吸收，且吸收帶大幅度紅移，帶隙能降低。在自然光下即可分解甲醛等有害污染物，并具有很強的殺菌消毒功能。產(chǎn)品用途廣泛，預(yù)期經(jīng)濟、社會效益良好。
 
二、非金屬改性TiO₂ 光電催化劑的機理
TiO₂ 具有較寬的能帶間隙，只有在紫外光下才具有光催化活性，為使其具有可見光催化活性，必須直接或間接改變其能帶結(jié)構(gòu)，縮小其能帶間隙。采用元素摻雜提高TiO₂ 的可見光催化活性都是基于提高其光生電子－空穴的分離效率，抑制電子－空穴的重新結(jié)合來提高其量子效率。對于元素摻雜可見光催化，國外提出了晶格缺陷理論來進行解釋，該理論認為適當?shù)脑負诫s能夠在價帶和導(dǎo)帶之間形成一個缺陷能量狀態(tài)，而這種缺陷能量狀態(tài)可能靠近價帶，也可能靠近導(dǎo)帶。這種缺陷能帶為光生電子提供了一個跳板，從而可以利用能量較低的可見光激發(fā)價帶電子而傳輸?shù)綄?dǎo)帶，使吸收邊向可見光移動。Asahi 等首次報道了用非金屬N 摻入TiO₂，從而獲得優(yōu)異的可見光活性，提出了為使摻雜TiO₂ 具有可見光催化活性所必須具備的3個條件：（1）摻雜能夠在TiO₂ 帶隙間形成能吸收可見光的狀態(tài)；（2）摻雜后的導(dǎo)帶能級較小值應(yīng)該和TiO₂ 相等，或者比H₂/H₂O 的電極電位高，以保證催化劑光還原活性；（3）新產(chǎn)生的帶隙狀態(tài)應(yīng)該和TiO₂ 的帶隙狀態(tài)充分重疊，從而保證光生載流子在其周期內(nèi)被傳遞到催化劑表面進行反應(yīng)。而目前普遍認為非金屬摻雜TiO₂可見光響應(yīng)機理，是通過非金屬摻雜后，由于O_2p 軌道與非金屬中能級與其接近的p 軌道雜化后，價帶寬化上移，禁帶寬度相應(yīng)減小，從而吸收可見光。
非金屬元素摻雜可以不降低其紫外光催化活性而獲得較好的可見光催化性能。催化活性的提高均是通過改變TiO₂ 的能帶結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。雖然對TiO₂ 光催化劑進行了多方面研究，但不論是基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用研究都還有許多問題尚待解決，如摻雜類型選擇、摻雜工藝優(yōu)化等。實現(xiàn)真正意義上的可見光催化還有待科研人員的共同努力。
三、非金屬摻雜改性的制備方法
目前制備氮摻雜二氧化鈦的方法主要有濺射法、高溫焙燒法、鈦醇鹽水解法、機械化學(xué)法和加熱含Ti 、N 的有機前驅(qū)體法等。
1. 濺射法
濺射是在真空下電離惰性氣體形成等離子體，離子在靶偏壓的吸引下，轟擊靶材，濺射出靶材離子沉積到基片上。磁控濺射利用交叉電磁場對二次電子的約束作用，使二次電子與工作氣體的碰撞電離幾率大大增加，提高了等離子體的密度。按磁控濺射中使用的離子源的不同，分為直流反應(yīng)磁控濺射、交流反應(yīng)磁控濺射、脈沖磁控濺射、射頻磁控濺射、微波-ECR(電子回旋共振) 、等離子增強磁控濺射等。
2. 高溫焙燒法
高溫焙燒法是將二氧化鈦或二氧化鈦前驅(qū)體在空氣或含氮的氣氛(NH₃，N₂ 或是NH₃ 與Ar 氣的混合氣體) 中煅燒，通過控制溫度等條件制備含氮量不同的二氧化鈦。
3. 鈦醇鹽水解法
鈦醇鹽水解法是指含Ti 的醇鹽前驅(qū)體直接在含氮的水溶液中水解或者鈦的醇鹽水解后再與含氮的物質(zhì)反應(yīng)，從而制備得到摻雜氮的二氧化鈦。該方法通常不需要非常高溫度即可達到摻雜的目的。
4. 機械化學(xué)法
機械化學(xué)法(mechanochemica1) 是指通過壓縮、剪切、摩擦、延伸、彎曲、沖擊等手段,對固體、液體、氣體物質(zhì)施加機械能，從而誘發(fā)這些物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)變化或使其與周圍環(huán)境中物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如：以P25 和胱氨酸(HMT) 為原料，通過高能球磨的機械化學(xué)方法制備了氮摻雜的二氧化鈦，氮的摻雜使催化劑在可見光區(qū)域的吸收明顯增強，在波長大于510 nm的可見光照射下仍能有效氧化一氧化氮。
5．加熱含Ti、N的有機前驅(qū)體
該方法是用鈦鹽與含氮有機物發(fā)生反應(yīng)，得到含有Ti -N 鍵的有機前驅(qū)體，后在不同的溫度和氣氛中煅燒，得到摻氮TiO2 .
四、結(jié)論
1. 利用廉價的無機鈦，一次制備摻氮納米二氧化鈦可見光光電催化材料。產(chǎn)品在可見光區(qū)的吸收帶大幅度紅移，帶隙能降低。該材料不僅具有很好的可見光催化活性，而且具有良好的光電轉(zhuǎn)換及光致發(fā)光性能。
2. 產(chǎn)品的合成方法簡單，原料易得、經(jīng)濟、實用。
3. 制備工藝簡單，工序短，粒徑分布均勻，催化活性高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
4. 經(jīng)用戶試用，在室內(nèi)自然光下即可分解室內(nèi)甲醛等污染物，并對有機廢水處理效果良好。
5．產(chǎn)品用途廣泛，預(yù)期經(jīng)濟、社會效益良好。
6．提供技術(shù)資料齊全，符合鑒定要求。