TiO2光催化技术是日益受到重视的污染治理新技术，但由于TiO2光催化活性低，限制了其工业化进程。因此，设法提高其光催化活性引起人们的广泛重视。 与常规烧结相比，微波烧结具有烧结速度快、加热均匀、降低烧结温度、缩短烧结时间、提高材料性能等一系列优点，被誉为“21世纪新一代烧结技术”。 本文采用溶胶-凝胶法并结合微波烧结工艺制备了稀土掺杂光催化薄膜(La/TiO2、Pr/TiO2、Nd/TiO2、Sm/TiO2、Eu/TiO2、Gd/TiO2、Dy/TiO2、Ho/TiO2、Tm/TiO2、Y/TiO2)，以罗丹明B为降解物，以高压汞灯为光源，通过单因素实验考察了烧结过程中加热方式、微波功率、烧结温度、烧结时间以及稀土掺杂量、涂膜层数等因素对TiO2光催化活性的影响，确定了最佳工艺条件，并用TG-DSC、SEM、XRD等对材料进行了表征。 首先，采用混合加热方式成功地实现了稀土掺杂光催化薄膜的微波烧结，研究了微波烧结制备RE/TiO2光催化薄膜的工艺条件。结果表明，最佳微波烧结制度为：三段加热，第一阶段，以约7.5℃/min的升温速率加热至225℃，第二阶段，以约7.9℃/min的升温速率加热至423℃，第三阶段，以约9.2℃/min的升温速率加热至515℃；升温时间65min；烧结温度为515℃；在保温装置中保温30min。与常规烧结相比，微波烧结工艺制备RE/TiO2光催化薄膜的烧结温度可由原来的600℃降低到515℃左右，烧结时间由原来的两个多小时缩短到65min，而且提高了光催化薄膜的催化活性。 其次，系统地研究了十种稀土掺杂RE/TiO2光催化薄膜的光催化活性，确定最佳工艺条件分别为： La/TiO2薄膜：涂膜层数为1层，x(La)=0.10％；Pr/TiO2薄膜：涂膜层数为3层，x(Pr)=0.10％；Nd/TiO2薄膜：涂膜层数为3层、x(Nd)=0.15％；Sm/TiO2薄膜：涂膜层数为3层，x(Sm)=0.30％；Eu/TiO2薄膜：涂膜层数为2层、x(Eu)=0.35％；Gd/TiO2薄膜：涂膜层数为1层，x(Gd)=0.10％；Dy/TiO2薄膜：涂膜层数为1层、x(Dy)=0.30％；Ho/TiO2薄膜：涂膜层数为1层，x(Ho)=0.10％；Tm/TiO2薄膜：涂膜层数为1层、x(Tm)=0.10％；Y/TiO2薄膜：涂膜层数为1层、x(Y)=0.10％；其对模拟染料废水罗丹明B的降解率依次达到：89.35％、89.34％、91.94％、90.00％、91.23％、92.94％、92.73％、93. 对样品进行TG-DSC分析发现，稀土掺杂能促进锐钛矿相提前出现，而抑制锐钛矿相向金红石相转变。XRD分析结果表明，十种稀土掺杂TiO2薄膜均由锐钛矿相组成。十种薄膜的平均粒径依次约为24nm、16nm、24nm、19nm、24nm、24nm、16nm、24nm、24nm、24nm。对样品进行SEM分析发现，薄膜颗粒均发生不同程度的团聚，薄膜表面存在大量的缺陷，颗粒比较均匀。与常规烧结相比，微波烧结工艺制备的TiO2光催化薄膜微观结构比较均匀，晶粒细化。 Ho/TiO2薄膜存在下的反应动力学分析表明，光催化反应为二级反应。反应温度为16℃时反应速率常数k1=0.5571(h·mg/l)-1；反应温度为35℃时反应速率常数k2=0.8544(h·mg/l)-1。该反应的表观活化能为16.657KJ·mol-1。 通过对亚甲基蓝和甲基橙进行降解实验，发现稀土掺杂光催化薄膜对不同染料废水都有降解能力，但对不同的染料降解效果不同。

    doi：
    10.7666/d.y853150
    关键词：
    光催化 溶胶-凝胶法 微波烧结 薄膜 稀土
    作者：
    王红伟
    学位授予单位：
    东北大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    有色金属冶金
    导师姓名：
    刘奎仁
    学位年度：
    2006
    语种：
    中文
    分类号：
    O484.41 TQ134.11
    在线出版日期：
    2006年08月30日（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）