林正芳臺灣大學：環境工程學研究所翁宗男2007-11-292018-06-282007-11-292018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62745本研究主要目的為針對水溶液中之目標降解物四氯酚（4-Cholorophenol），進行光催化常用半導體催化效率的改善。所採用的半導體光觸媒包括單一態二氧化鈦（TiO2）、二氧化錫（SnO2）和三氧化鎢（WO3）以及複合態TiO2/SnO2和TiO2/WO3。 實驗中除TiO2、SnO2和WO3為現購外， TiO2/SnO2和TiO2/WO3均分別由檸檬酸鹽法（Citric Acid Complexing Method）和初濕含浸法（Incipient Wetness Method）製成。隨後，在進行TiO2/SnO2、TiO2/WO3複合態光催化效率實驗的同時，亦將其複合態作物理上的性質分析，包括了UV-Vis、SEM、XRD、ESCA（XPS）、BET。 複合態之物性分析方面，TiO2/SnO2之臨界波長為380 nm，有分相傾向，Ti和Sn的元素分子含量比例為95.32 %：4.68 %，比表面積為12.4 m2/g ；TiO2/WO3為475 nm，無分相傾向，Ti和W的元素分子含量比例為75.95 %：24.05 %，比表面積為37.1 m2/g。 催化實驗結果，除了SnO2、TiO2/SnO2之外，其餘的催化降解效率均是在低pH值（pH＝4）條件下擁有較佳去除效果。在波長為369 nm之TiO2/SnO2這組中，以單一態TiO2表現最佳，pH4時降解效率約95 %，原因是波長為369 nm之燈管很容易激發TiO2，造成其催化效率特別顯著；波長為435 nm之TiO2/WO3方面，以複合態TiO2/WO3表現最佳，pH4時降解效率約有73 %。The objective of this study is to increase the photocatalytic activity of semiconductor photocatalysts for aqueous 4-Chlorophenol. These photocatalysts we used here were single titanium dioxide (TiO2), tin oxide (SnO2), tungsten oxide (WO3) and coupled TiO2/SnO2 and TiO2/WO3. TiO2/SnO2 was made by Citric Acid Complexing Method and TiO2/WO3 was made by Incipient Wetness Method. Through some specialized analytic equipments such as UV-Vis、SEM、XRD、ESCA (XPS) and BET, we could analyze these combined semiconductor photocatalysts in order to get the information of physical properties. In the results of physical analysis, the band edge wavelength of TiO2/SnO2 is 380 nm, Ti element : Sn element is 95.32 %:4.68 %, the surface area is 12.4 m2/g; the band edge wavelength of TiO2/WO3 is 475 nm, Ti element : W element is 75.95 %:24.05 %, the surface area is 37.1 m2/g. In the results of photocalysis, except single SnO2 and coupled TiO2/SnO2, higher photodegradation efficiency of 4-CP was observed at lower pH values. In TiO2/SnO2, UV369 nm system, single TiO2 owned the better degradation efficiency of 4-CP, it’s 95 % at pH4. For TiO2/WO3, UV435 nm system, coupled TiO2/WO3 owned the best degradation efficiency, it’s about 73 % at pH4.目錄 謝誌......I 摘要......II Abstract......III 目錄......IV 圖目錄......VII 表目錄......IX 第一章 緒論......1 1-1 前言......1 1-2 研究目的與內容......2 第二章 文獻回顧......4 2-1 光觸媒......4 2-2 二氧化鈦的物理和化學性質......4 2-2-1 構造及特性......4 2-2-2 應用......6 2-3 異相半導體光催化反應......6 2-3-1 半導體性質......6 2-3-2 異相半導體光催化反應之應用......8 2-3-3 半導體光催化之反應原理......9 2-3-3-1 能隙（Band gap）......10 2-3-3-2 能帶位置（Band-edge position）......11 2-3-3-3 電子電洞的捕捉效應（Scavenging）......13 2-3-3-4 表面競爭吸附（Competitive surface adsorption）......14 2-3-4 TiO2光催化反應......14 2-4 提升光活性的方法......15 2-4-1 添加重金屬......15 2-4-2 表面敏化（Surface sensitization）......16 2-4-3 過渡金屬之摻入（Transition metal doping）......16 2-4-4 複合半導體（Coupled semiconductor）......17 2-5 利用光觸媒去除污染物......20 2-6 氫氧自由基之測定......23 第三章 實驗材料與方法......24 3-1 研究項目......24 3-2 複合態光觸媒之製備......25 3-2-1 TiO2/SnO2之製備......25 3-2-2 TiO2/WO3之製備......27 3-2-3 光觸媒之物性分析......28 3-2-3-1 紫外-可見光光譜儀（UV-Vis Spectrum）......29 3-2-3-2 掃描式電子顯微鏡（SEM）......30 3-2-3-3 X-ray繞射分析（XRD）......30 3-2-3-4 化學分析影像能譜儀（ESCA（XPS））......30 3-2-3-5 比表面積測定（BET）......31 3-3 半導體光催化實驗......32 3-3-1 實驗流程......32 3-3-2 實驗設備......35 3-3-3 操作因子......36 3-3-4 光催化去除四氯酚......39 3-3-4-1 背景實驗......39 3-3-4-2 四氯酚之光催化分解實驗–基礎實驗......40 3-3-4-3 四氯酚之光催化分解實驗–進階實驗（一）（二）......40 3-3-5 分析分法......42 3-3-5-1 水溶液中四氯酚濃度分析......42 3-3-5-2 總有機碳（Total Organic Carbon, TOC）分析......43 3-3-5-3 氯離子之分析......43 第四章 結果與討論......45 4-1 光觸媒物化性質分析鑑定......45 4-1-1 UV-Vis spectrum分析......45 4-1-2 SEM ......48 4-1-3 XRD分析......50 4-1-4 ESCA（XPS）分析......53 4-1-5 BET分析......53 4-2 光催化背景實驗 ......54 4-2-1 揮發實驗......54 4-2-2 吸附實驗......55 4-2-3 直接光解實驗 ......58 4-3 四氯酚之光催化降解實驗......60 4-3-1 四氯酚之光催化降解實驗–基礎實驗......60 4-3-2 四氯酚之光催化降解實驗–進階實驗（一）......66 4-3-3 四氯酚之光催化降解實驗–進階實驗（二）......71 第五章 結論......73 5-1 結論......73 參考文獻......75 附錄......782065168 bytesapplication/pdfen-US光觸媒光催化二氧化鈦四氯酚複合態二氧化錫三氧化鎢photocatalystscoupled systemtitanium dioxidetungsten oxidetin oxide4-chlorophenolphotocatalysisthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62745/1/ntu-93-R91541105-1.pdf