. . . 摘 要实验采用微弧氧化技术制备了钛网电极，以亚甲基蓝为待解降液，考察了微弧氧化制备条件如电解质种类、电解质浓度、微弧时间对亚甲基蓝的光催化和光电催化的脱况。结果表明，6 g/l的Na3PO4和5 min的微弧时间是制备钛网的最佳条件。采用微弧氧化负载Cu2+法修饰钛网电极。当Cu2+的浓度为0.01 mol/l，微弧氧化时间7 min时，光催化和光电催化对亚甲基蓝的脱色率分别达到42.72%和42.26%。另外，考察了多种因素对亚甲基蓝光电催化的脱色率影响。根据单因素优化的步骤，最终确定了在5 mg/l的亚甲基蓝，0.01 mol/l的硫酸钠溶液，1.5 cm的电解间距，3.0 V的外加电压以及pH为5的情况下，光电催化对亚甲基蓝的脱色率达到45.0%。以甲醛为目标降解物，光照催化120 min，最佳性能的钛网对它的光催化和光电催化降解率分别为30.12%和21.90%。关键词：微弧氧化；铜掺杂；钛网电极；甲醛 . . . . AbstractTitanium mesh electrode supported on titanium substrates were prepared by micro-arc oxidation. Experiment adopted methylene blue as the test material. Photocatalytic and photoelectrocatalytic decoloring rate of methylene blue were carried out with an aim to inspect the influence of preparation conditions of TiO2 such as electrolyte, electrolyte con-centration, and micro-arc time. The results showed that 6 g/L of Na3PO4 and 5min micro-arc time is the best condition for the preparation of TiO2 thin films . The method of micro-arc oxidation load Cu2+ was determined to modify titanium mesh electrode When the concentration of Cu2 + was 0.01 mol / L and micro-arc oxidation time was 7 min , the photocatalytic and photoelectric catalytic decoloration rate of methylene blue can reach 42.72% and 42.26% ,respectively. Some relevant factors influencing photoelectric catalytic decoloration rate of methylene blue were investigated. After single factor optimization, we drew a conclusion that the degradation of methylene blue rate reached 45.0% under the circumstances of 5 mg/l methylene blue and 0.01 mol/l sodium sulfate solution, 1.5 cm electrolytic spacing, 3.0 V applied voltage ,pH of 5. Finally formaldehyde was studied, the photocatalytic degradation attained 30.12% and photoeletrocatalytic degradation reached 21.90% in 2 h.Kewords: micro-arc oxidation; copper doping; titanium mesh electrode ;formaldehyde; 目录摘 要IAbstractII目录III1 绪论11.1 引言11.2 光催化技术21.2.1 TiO2光催化剂的性质21.2.2 TiO2降解甲醛的机理31.2.3 影响光催化活性的因素41.3 微弧氧化技术51.3.1 微弧氧化技术的发展史51.3.2 微弧氧化的特点和机理61.3.3 微弧氧化的影响因素81.4 TiO2光催化薄膜的改进技术91.5 研究意义与容101.5.1 研究目的与意义101.5.2 研究容102 实验部分112.1 实验原料、试剂和仪器112.1.1 实验原料：钛网、石墨、蛭石112.2.2 实验仪器112.2.3 实验仪器112.2 实验材料预处理122.3 实验方法与步骤133 实验结果与讨论153.1 亚甲基蓝最大波长的确定与标准曲线的绘制153.1.1 亚甲基蓝最大波长的确定153.1.2 亚甲基蓝标准曲线的绘制163.2 Cu2+掺杂钛网电极光催化性能的研究163.2.1 微弧氧化电解质种类对光催化的影响173.2.2 微弧氧化法电解质浓度对光催化的影响183.2.3 微弧氧化时间对光催化的影响193.2.4 不同种类Cu2+修饰法对光催化的影响203.2.5 微弧负载不同Cu2+浓度对光催化的影响213.2.6 不同微弧时间负载Cu2+对光催化的影响223.3 Cu2+掺杂钛网电极光电催化性能的研究233.3.1 微弧氧化电解液种类对光电催化的影响233.3.2 微弧氧化法电解质浓度对光电催化的影响243.3.3 微弧氧化时间对光电催化的影响253.3.4 不同种类Cu2+修饰法对光电催化的影响253.3.5 微弧负载不同Cu2+浓度对光催化的影响263.3.6 不同微弧时间负载Cu2+对光电催化的影响273.3.7 亚甲基蓝初始浓度对其降解率的影响283.3.8 电解质初始浓度对降解率的影响293.3.9 电极间距对降解率的影响303.3.10 外加电压对降解率的影响313.3.11 溶液初始pH对降解率的影响323.4 微弧负载Cu2+的钛网降解甲醛的研究333.4.1 甲醛最大吸收波长与标准曲线的确定333.4.2 微弧负载Cu2+的钛网降解甲醛的研究35结论37致38参考文献39附录：英文文献42附录：中文翻译58 1 绪论1.1 引言 21世纪是高科技的时代，人们在享受这时代带给我们优越感的同时，也遭受着环境污染带来的困惑。环境污染包括水污染、空气污染和土壤污染。人们最初意识到的是水污染，因此全球在水污染治理方面起步较早。随着污水治理技术地不断完善，空气污染现象越来越严重。尤其是对现代居民而言，室空气污染是个绝对不能小觑的问题。现代居民对室装修很讲究，尤其是在美观方面，造成了很多的建筑原材料、室装饰品、家庭电器和地毯以及各种民用化工产品不断涌入室，而居民趋向节能的观念又使得室环境几乎封闭室空气污染的问题愈发严重1,2。国际环境组织已经把室空气污染列入对公众健康影响最大的5个环境因素之一。我们不仅遭受着“光化学烟雾污染”和“煤烟型污染”的侵害，还得抗争着室环境污染。室空气的污染物种类较多，,按照性质可以分为物理性污染物、化学性污染物、生物性污染物和放射性污染物。室空气的污染物主要是化学性污染物，包括甲醛、甲苯、氨气、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、苯、二甲苯、总挥发性有机物等,其中,甲醛、氨气、苯、氡气、总挥发性有机物被称为室五大“隐形杀手”3。而在这些污染物中甲醛已成为主要的室污染物之一，因为它来源广泛、毒性大、作用时间长，具有致癌、致突变、致畸形的“三致”危害。无色易溶的甲醛气体，可直接进入呼吸道被吸收。另外，甲醛对人的皮肤和黏膜具有强烈的刺激作用,可使细胞中的蛋白质凝固变性,抑制细胞机能,由于甲醛能在人的体产生甲醇,因而对视丘和视网膜的损害作用不可小觑。 室空气污染的猖獗，使得更多科研者把重心集中在室污染控制上，即寻求最佳净化技术抑制室空气污染。1972年Honda-Fujishima效应4问世，即在光电池中受紫外光照的TiO2可发生持续的水的氧化还原反应而产生氢气,由此利用半导体光催化剂把光能转换成电能和化学能成为最热门的研究之一。在众多环境污染技术中，由于半导体氧化物可以利用太作为驱动力进行多相光催化，因此成为一种理想的环境污染治理技术。该技术具有氧化分解有机污染物，还原重金属离子，除臭、防腐、杀菌等多方面功能。目前二氧化钛（TiO2）已被广泛应用于废水处理的研究当中,如卤代有机化合物、染料废水、表面活性剂、农药和其它有机化合物及含油废水等的处理当中。自20世纪90年代以来,气相中有机及无机污染物的光催化氧化开始得到广泛的关注,尤其是空气中易挥发性有机污染物(VOCS),如甲醛、苯系物等。TiO2光催化氧化法在挥发性有机物治理方面有良好的应用前景,因而制备纳米TiO2光催化剂受到各国科研工作者的重视,一个以纳米光催化剂技术为核心的高新产业正在逐步形成。目前,日本、美国和加拿大等许多国家都在进行深入的研究5,6，我国在这方面的研究尚处于起步阶段。1.2 光催化技术1.2.1 TiO2光催化剂的性质二氧化钛(TiO2)作为一种价廉(不使用贵金属)、无毒、节能、高效的光电转换材料,具有稳定性和高催化性,它在污水治理、饮用水净化、大气污染控制、室空气净化、太阳能利用、疾病治疗医学等诸多领域受到人们的广泛关注,成为当前国际热门研究领域7。二氧化钛在自然界中有三种晶型，即金红石型（四方晶系），锐钛矿型（四方晶系）和板钛矿型（正交相）。在这些晶体结构中，金红石型是最稳定的 .它可通过多种杂合生长技术获得，并且在任意温度下热动力稳定性保持良好，但是锐钛矿型密度低且不稳定，因而活性高。与此相反，最稳定的金红石型是最不活跃的8,9。锐钛矿型之所以表现出高的活性有以下几个原因：锐钛矿的禁带宽度为3.1 ev，金红石的禁带宽度为3.0 ev，锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位；锐钛矿表面吸附H2O、O2、及OH-的能力较强，导致其光催化活性高，在光催化反应中吸附能力对催化活性有很大的影响，较强的吸附能力对其活性有利；在结晶过程中，锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸及较大的比表面积，对光催化有利。锐钛矿型TiO2薄膜受到紫外光和可见光照射时,价态电子被激发到导带,形成电子-空穴对,它能对吸附在其表面的H2O和O2进行分解,形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧,这些自由基具有很强的氧化性,能够高效地分解有机物、光催化抗菌和分解有害气体,可用于空气净化和污染治理。目前,TiO2半导体光催化技术的研究主要有两种催