摘 要

光催化技术（Photocatalytic Technology）是一种借助光照射光触媒受光激发后产生活性氧化物种对污染物进行氧化还原反应的高级氧化技术。在处理废水污染方面应用前景广阔。纳米TiO₂是一种重要的光触媒材料，因其光量子效率高，稳定性好是最常用的半导体光催化剂之一。但同时TiO₂的能带带隙较宽，光响应波长为UV区对可见光利用不足，而且TiO₂粉末难回收利用。本课题采用分子自组装技术，以AC为负载材料，负载TiO₂薄膜并选择FeOOH为第二层负载薄膜来改性TiO_2。选取最佳制备条件，制备高活性的FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜，并以甲基橙溶液为模拟废水，探究复合膜的光催化性能。本文的主要进展有如下几点：

选取Ti、Fe阳离子浓度、液相体系下的pH值、水浴温度、水浴时间等条件来研究对复合膜光催化性能的影响，并设计正交实验，通过正交实验结果得出制备FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜的最佳条件。在最佳条件下，制备出负载FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜材料。

以AC为基底，探讨了其负载FeOOH/TiO₂对甲基橙溶液溶液的光催化降解效果。研究结果显示，降解甲基橙溶液时，FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜比TiO₂/AC纳米复合膜的光降解率高。

通过TEM等方法对实验制备FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜表征分析，发现实验制备的多层FeOOH/TiO₂复合膜为锐钛矿型TiO₂-针铁矿型FeOOH复合膜。锐钛矿呈颗粒状，直径约4nm-8nm，针铁矿呈针棒状，整体呈颗粒状结构，这种多级结构可以提高FeOOH/TiO₂/AC复合膜的吸附性能，有利于促进复合膜的光催化性能。

关键词：光催化氧化，TiO₂，FeOOH，多层复合膜，自组装技术，AC

Abstract

Photocatalytic technology (Photocatalytic Technology) is a kind of optical excitation of advanced oxidation technology after the production of oxidative species redox reaction of pollutants by light irradiation in the treatment of wastewater pollution. The photocatalyst has broad application prospects. The nano TiO₂ is a kind of important photocatalyst materials, because of its light quantum efficiency is high, the stability is good one of the most commonly used semiconductor photocatalyst. But at the same time, the TiO2 band gap is wide, light response wavelength of the visible light utilization area was less than UV, and TiO2 to powder recycling. This research by molecular self-assembly technology, A The C is used to load the material, TiO2 film loaded and select the FeOOH second layer load film modified TiO2. to select the best preparation conditions, preparation of FeOOH/TiO2/AC nano composite membrane with high activity, and the methyl orange solution as simulated wastewater, the photocatalytic performance of composite membrane. The main progress of this paper are as follows:

Select Ti, Fe cation concentration, liquid phase in the system of pH value, temperature, water bath time conditions to study the influence of photocatalytic performance, and orthogonal experiment, by orthogonal experimental results obtained for preparing FeOOH/TiO2/AC nano composite film. The optimum condition under the optimum conditions, preparation of FeOOH/TiO2/AC nanoparticles the composite membrane material.

Using AC as the substrate, on the photocatalytic degradation of methyl orange on the effect of the load FeOOH/TiO2 solution. The results showed that the degradation of methyl orange solution, nano FeOOH/TiO2/AC composite coating is higher than the photodegradation of TiO2/AC nanocomposite films.

Through the TEM analysis method of preparing FeOOH/TiO2/AC nano composite membrane characterization of experimental system, found that the multilayer FeOOH/TiO2 composite membrane was prepared for anatase TiO2- goethite type FeOOH composite membrane. Anatase granular, a diameter of about 4-8nm, a needle like goethite, the whole granular structure, the hierarchical structure can improve the adsorption properties of FeOOH/TiO2/AC composite the film, is conducive to promoting the photocatalytic properties of the composite membranes.

Keywords: photocatalytic oxidation, TiO2, FeOOH, multilayer composite film, self-assembly technology, AC

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 光催化技术 1

1.2 TiO₂研究概况 2

1.2.1 TiO2结构 2

1.2.2 TiO2的制备方法 4

1.2.3 TiO₂改性方法 5

1.3 FeOOH研究概况 6

1.3.1 FeOOH的物理化学性质 6

1.3.2 FeOOH的制备 7

1.3.3 FeOOH的应用 8

1.4研究目的、意义与内容 8

1.4.1研究目的 8

1.4.2研究意义 8

1.4.3 研究内容 8

第2章 FeOOH/TiO₂/AC复合膜的制备与表征 9

2.1 实验仪器与试剂 9

2.1.1 实验仪器 9

2.1.2 实验试剂 9

2.2 材料制备 10

2.2.1多层FeOOH/TiO₂/AC纳米复合膜制备流程 10

2.2.2 AC负载纳米复合膜的制备 15

2.3 AC负载FeOOH/TiO₂纳米复合膜的表征 15

2.3.1 TEM表征 15

第3章 FeOOH/TiO₂/AC复合膜光催化性能实验结果与讨论 21

3.1仪器和试剂 21

3.1.1 实验仪器 21

3.1.2 实验试剂 21

3.2 AC负载纳米复合膜光催化降解甲基橙 22

3.2.1甲基橙标准曲线绘制 22

3.2.2甲基橙光稳定性 24

3.2.3 避光条件下吸附降解甲基橙溶液 24

3.2.4 自然光条件下光催化降解甲基橙溶液 25

3.3 实验小结 27

3.4 FeOOH/TiO₂/AC复合膜生长机理 28

3.5 FeOOH/TiO₂/AC复合膜光催化性能影响分析 28

第4章 结论和展望 29

4.1 结论 29

4.2 存在的问题与展望 30

参考文献 31

致 谢 32

1. 绪论

1.1 光催化技术

人类文明发展到21世纪，工业化，城市化已经达到了很高的比重。过去在发展过程中一牺牲环境和资源为代价换取了快速的利益，但随着环境状况越来越严峻，资源越来越少。现阶段环境问题已经成为制约全球经济发展和影响人类身体健康的重要问题。共同治理已经成为了共识。从原来以环境为代价发展经济的策略到循环经济和可持续发展的理念的提出。全球各国都在致力于研究环境治理的问题的各种技术。

工业污水和生活污水中含有大量重金属和大分子有机物以及生活废品中不能自然分解的物质都会对环境造成污染。其中卤代有机化合物用生物处理技术是无法完全降解的。此外有机物污染还包括烷、脂肪醇、脂肪羧酸、酚醛、芳香族羧酸、染料、简单芳香族、表面活性剂、农药等^[1]。大量研究证实，光催化作用这种深度氧化技术可以通过强氧化作用将常见有机物转化为无毒无机小分子物质、从而降低环境污染值。