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TiO2因其特有的光电性能、好的稳定性、无毒、无二次污染等优点,成为光催化材料研究的热点之一。但 TiO2本身存在激发波长窄,光生载流子复合几率高、光催化过程量子化利用率低等问题,这就有必要对TiO2薄膜做改性研究来提高TiO2的光催化性能。 本课题主要以钛合金为基体采用微弧氧化工艺在磷酸盐电解液体系中制备 TiO2薄膜,分别研究了Fe、Ag、Ce、V等元素掺杂修饰对TiO2薄膜的相结构、表面形貌以及光催化性能的影响。 Fe元素通过电解液修饰法和离子浸渍法对TiO2薄膜进行修饰改性。电解液修饰法是在电解液中分别添加不同浓度的Fe2O3、Fe(OH)3、FeCl3等修饰组分,采用微弧氧化工艺在钛合金基体上制备出掺杂Fe元素的TiO2薄膜。离子浸渍法是将在相同条件下制备好的TiO2薄膜分别在不同浓度的Fe(NO3)3溶液中浸渍修饰8小时。研究发现电解液修饰法中Fe2O3和Fe(OH)3的最佳掺杂浓度都为0.003mol/L,FeCl3的最佳掺杂浓度为0.001mol/L。离子浸渍法中Fe(NO3)3的最佳浸渍浓度为0.2mol/L。在各自最佳修饰浓度下制备的Fe元素修饰的TiO2膜对亚甲基蓝溶液光催化降解60min的降解率分别为46.1％,49.3%,43.8%和48.3%。其中电解液中掺杂0.003mol/L Fe(OH)3时制备的TiO2膜光催化效果最好,其降解亚甲基蓝溶液的动力学方程为ln(C0/Ct)=0.00742t+0.25。 Ag元素对 TiO2薄膜的修饰改性研究也是通过电解液修饰法和离子浸渍法进行的。电解液修饰法是通过在电解液中添加不同浓度的AgNO3采用微弧氧化工艺在钛合金基体上制备出掺杂Ag元素的TiO2,离子浸渍法是将在相同条件下制备好的TiO2薄膜分别在不同浓度的AgNO3溶液中浸渍8小时。研究发现用AgNO3电解液修饰法修饰TiO2薄膜时的最佳掺杂浓度为0.003mol/L,用AgNO3离子浸渍法修饰TiO2薄膜时的最佳掺杂浓度为0.15mol/L。在各自最佳修饰浓度下制备的Ag元素修饰的TiO2膜对亚甲基蓝溶液光催化降解60min的降解率分别为43.5%和58.5%。其中在0.15mol/L AgNO3溶液中浸渍修饰的TiO2膜光催化效果最好,其降解亚甲基蓝溶液的动力学方程为ln(C0/Ct)=0.0126t+0.12。 Ce元素对TiO2薄膜的改性研究是通过在电解液中添加不同浓度的Ce(OH)3以钛合金为基体微弧氧化制备出掺杂Ce元素的TiO2薄膜,研究发现Ce(OH)3的最佳掺杂浓度为0.004mol/L,在此浓度下制备的TiO2薄膜光照60min催化降解亚甲基蓝溶液的降解率为46.6%,其催化降解亚甲基蓝的动力学方程为:ln(C0/Ct)=0.00772t+0.18。 V元素对TiO2薄膜的改性研究是通过对比研究以纯钛和钛合金(TC4)为基体在相同的电解液(电解液中没有偏钒酸铵)和相同的电参数下微弧氧化制备 TiO2薄膜光催化活性,以考察合金中 V元素对光催化活性的影响,同时还研究了在电解液中加入0.004mol/L的偏钒酸铵并分别以纯钛和钛合金为基体微弧氧化制备的TiO2薄膜的光催化性能。研究发现四种膜层光照60min催化降解亚甲基蓝溶液的降解率分别为35.8%,42.3%,41.9%和46.9%,且催化降解亚甲基蓝的动力学方程分别为:ln(C0/Ct)=0.00586t+0.1, ln(C0/Ct)=0.00735t+0.18, ln(C0/Ct)=0.00741t+0.11, ln(C0/Ct)=0.00783t+0.12。同时证实了钛合金基体存在的V元素通过微弧氧化反应时能够在 TiO2薄膜中起到过渡金属掺杂改性提高光催化效果的作用;在电解液中添加偏钒酸铵,其 V元素对以纯钛和钛合金为基体微弧氧化制备的两种膜层都能起到提高光催化效果的作用。