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研究生:黃建智
研究生(外文):Huang Chien Chih
論文名稱:奈米二氧化鈦光觸媒之電漿改質及其對VOCs分解反應機制之研究
論文名稱(外文):The Mechanisms of Nano-sized TiO2 Photocatalyst Treated by Plasma Surface Modification for Photodestruction of the Volatile Organic Compounds
指導教授:陶惟翰陶惟翰引用關係曾梨子
指導教授(外文):Tao wai hanMuoi Tang
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:材料科學與製造研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:二氧化鈦光觸媒電漿能間隙揮發性有機氣體
外文關鍵詞:TiO2photocatalystplasmaEnergy band gapVolatile Organic Compounds
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本研究旨在運用電漿表面改質技術製備可見光激發商用二氧化鈦光觸媒(ST-01),不使用黏著劑將改質後的二氧化鈦固定於聚對苯二甲酸乙二酯不織布基材上,進行異丙醇可見光光分解,探討氣體種類、加熱溫度、電漿處理時間對光觸媒可見光化之影響,最後運用一階反應動力式分析其反應速率,找出最佳的可見光化電漿改質條件。改質後的ST-01(不論是氫氣電漿或氮氣電漿)其吸收度隨著溫度增高而變大,但吸收度與氣相光分解沒有絕對的關係;晶型、粒徑與比表面積等基本物性測試則顯示ST-01改質前後都沒有明顯的改變。將改質後的ST-01(0.3克)熱壓固定於不織布後,置於1.5 L之Pyrex玻璃圓柱光催化反應器中,使用一支10W日光燈為光源,進行可見光光分解反應。實驗結果發現,不論是氫氣電漿或氮氣電漿處理的ST-01,其可見光分解氣相異丙醇之擬一階速率常數(kapp)趨勢為:kapp(400℃/10min)>kapp (200℃/20min)>kapp (25℃/30min),最佳改質條件為N2、400W/10sccm/200~300 mtorr /400℃/10min。隨著處理溫度的提升,電漿處理時間可相對減少。此外,由ESCA成份分析得到ST-01之O/Ti比例為2,而氫氣電漿改質後之ST-01其O/Ti比例下降為1.812,有氧空洞產生,提升TiO2在可見光之光催化能力。而利用氮氣電漿改質後之ST-01其O/Ti比例只有下降到1.96,但在本實驗中很明顯由氣相分析結果中得知由氮氣電漿改質後效果優於氫氣電漿改質後,由上述實驗結果可知本研究所設計之直接加熱電漿系統可快速製備有氧缺陷的ST-01,其基本物性皆不會產生改變,對TiO2可見化提供一有效且可靠之選擇。
A visible-light-responsive titanium oxide photocatalyst was prepared by using rf power of 400W in hydrogen (H2) or nitrogen (N2) gas at 400℃. It is demonstrated that an oxygen-deficient structure of commercial TiO2 (ST-01) is successfully produced via this new plasma-heat process. The properties of treated ST-01 were analyzed by means of UV-visible spectrometer, XRD, and BET. After plasma-heat treatment, no obvious changes of crystalline size, anatase structure and specific surface area of ST-01 samples were found. On irradiating with visible light lamp, the photocatalytic results of 2-Propanol (IPA) follow the first-order kinetic model and the apparent first-order rate constant, kapp, showed that the ST-01, after treatment, effectively decompose IPA. The optimum condition of the plasma—heat process was found to be for hot electrode temperature at 400℃ and treatment time at 10 min under N2 flow rate of 10 sccm, working pressure of 30 Pa and rf power of 400W. According to X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) data, the values of O/Ti ratio of the raw and H2 、N2 plasma-heated ST-01 were estimated to be 2.0 、 1.81 and 1.96. These results indicate that the oxygen vacancies generated by the plasma-heat process were contributed to the enhancement of photocatalytic activity. However according photocatalytic activity test the N2 plasma-heated ST-01 is better than H2 plasma-heated ST-01 .Moreover, the synergy effect of plasma and heat was ascribed to the heating on ST-01 providing the higher energy for the evacuation of oxygen under plasma treatment.
總目錄
中文摘要 I
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
總目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
第一章 緒 論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
第二章 前言與文獻回顧 3
2-1 光觸媒簡介 3
2-2 光觸媒反應機制 7
2-2-1 直接光解 7
2-2-2 間接光解 8
2-3 二氧化鈦光觸媒技術發展應用 8
2-4 二氧化鈦光觸媒技術瓶頸 10
2-5 二氧化鈦固定問題 11
2-6 光觸媒可見光化之探討 14
2-7 電漿原理簡介 19
第三章 實驗方法與器材 22
3-1 實驗儀器設備 22
3-2 實驗藥品 23
3-2-1 藥品 23
3-2-2 氣體 23
3-3 電漿改質光觸媒之實驗 23
3-4 光觸媒基材製作 26
3-2-1 不織布之附著 26
3-2-2 IPA氣相分解測試 27
第四章 電漿改質光觸媒之結果 29
4-1 ST-01改質後外觀與UV/VIS吸收度測試 29
4-2 比表面績測試 32
4-3 X-ray測試及粒徑大小分析及成份分析 33
4-4 光觸媒基材外觀 39
4-5 氣體分解測試 43
4-5-1 不織布空白氣相測試 43
4-5-2 307ppm異丙醇可見光光分解實驗 44
4-5-2-1 氫氣電漿處理的條件下 44
4-5-2-2 氮氣電漿的處理條件下 47
4-5-3 不同氣體電漿處理之間比較 49
4-5-4 不同濃度下之分解效果影響 51
4-5-4-1 氫氣電漿的處理條件下 51
4-5-4-2 氮氣電漿的處理條件下 53
4-5-5 氣體分解測試總結 55
4-6成份分析 56
第五章 總結與建議 59
5-1 總結 59
5-2 建議 60
第六章 參考文獻 61
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