多元稀土掺杂介孔TiO2纳米材料的合成及其污水处理应用研究

In this research the multiple rare earth co-doped TiO2 nanocrytalline photocatalysis material were prepared using rare earth mixture which from rare earth extraction process as precursor, and the microstructure, spectroscopy, photocatalysis properties, photocatalytic reaction mechanism, recovery and the actual application of wastewater treatment has been studied. At present TiO2 as the ideal photocatalyst is expected to be widely used in sewage treatment. But, the weakness of wide gap, high recombination rate of photoproduction electronic -positive cavity and difficult to recycling of TiO2 limited it's application in industrial production. Nowadays there is no literature about preparation of multiple rare earth co-doped TiO2 nanocrystalline photocatalysis material using rare earth mixture and rare earth enrichment as precursor. The previous research indicated that the photoresponse of multiple rare earth co-doped TiO2 nanocrystalline material expanded to 516 nm, and has good photocatalytic activity. However, the light catalytic mechanism, microstructure, recovery and the actual application needs further research. This research has practical significance in sewage treatment and environmental management also be helpful for resources advantage transformation technology, and especially in comprehensive utilization of rare earth mixture and rare earth enrichment.

本课题以稀土提取工艺过程中的混合稀土料液及稀土富集物为前躯体制备多元稀土共掺杂介孔TiO2纳米光催化材料并研究其微观结构、光谱学性能、光催化性能、光催化反应机理以及实际污水处理应用等。 目前介孔TiO2为最理想的光催化剂，有望在污水处理领域中广泛应用。但是，因为TiO2的能隙较宽、光生电子-正空穴对的复合率高等缺点而限制其工业化生产并成为研究热点。关于以稀土提取工艺过程中的混合稀土料液及稀土富集物为前驱体，制备多元稀土共掺杂介孔TiO2光催化材料的研究未见报道。本课题前期研究工作表明，以混合料液为前躯体的多元稀土共掺杂TiO2纳米材料光响应范围可扩展到516nm处，并具有较好的光催化活性，但是关于光催化机理、吸附性能、微观结构、回收以及实际应用等方面有待进一步研究。本课题的研究在污水处理以及环境治理等领域具有实际意义，也有利于资源优势转化技术优势。

TiO2半导体因其廉价、无毒、化学性质稳定等优点而可作为理想的光催化材料，有望应用于污水处理领域，但因其量子效率低、禁带宽度大、以及难以回收等缺点而影响其实际应用。本课题以提高TiO2光催化体系量子效率、拓宽其光相应范围、易于回收以及降低成本为目的，利用内蒙古自治区具丰富的优质资源合成了多系列TiO2基复合材料，并系统研究其污水处理性能。.（1）以硫酸钛和钛酸四丁酯为钛源、使用不同模版剂制备了单一稀土掺杂和多元稀土掺杂介孔TiO2纳米材料，研究其微观结构、谱学性能、光催化和吸附性能。结果表明，稀土离的子掺杂能提高介孔TiO2体系量子效率、拓宽体系光响应范围，从而提高体系可见光光催化性能，多元稀土的掺杂进一步提高体系可见光光催化性能。.（2）以改性蒙脱土为载体制备了具有吸附-光催化双效应稀土掺杂介孔TiO2复合材料，研究其微观结构、谱学性能、光催化和吸附性能。结果表明，不同改性蒙脱土的负载进一步提高介孔TiO2体系量子效率、拓宽体系光响应范围，从而提高体系可见光光催化性能以及对污水的吸附性能。.（3）以氧化石墨烯为载体制备了具有吸附-光催化双效应稀土掺杂介孔TiO2复合材料，研究其微观结构、谱学性能、光催化和吸附性能。结果表明，氧化石墨烯的的负载进一步提高介孔TiO2体系量子效率、拓宽体系光响应范围，从而提高体系可见光光催化性能以及对污水的吸附性能。.（4）发现了低温磁化介孔TiO2/氧化石墨烯复合材料的新方法，为有效回收高吸附-光催化双效应介孔TiO2基复合材料以及实际应用提供了有力的科学依据，也为下一步的研究打下了基础。