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研究生:陳栢睿
研究生(外文):Bo-Ruei Chen
論文名稱:陽極氧化法製備二氧化鈦奈米管陣列膜及光催化染料之研究
論文名稱(外文):Fabrication of Titanium Dioxide Nanotube Arrays by Anodic Oxidation and Photocatalytic Treatment of Dyes in Aqueous Solution
指導教授:王文裕王文裕引用關係
指導教授(外文):Wen-Yu Wang
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:環境工程與管理系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:陽極氧化光催化二氧化鈦奈米管
外文關鍵詞:anodizingtitanium dioxide nanotubephotocatalytic
相關次數:
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近年來,由於二氧化鈦物理化學特性的研究快速發展,使其成功地被應用在光催化反應中作為觸媒材料。在本研究中,我們利用陽極氧化法,藉由含氟化物電解質製備了二氧化鈦奈米管薄膜。首先,經由不同的實驗控制變因(如電解電壓、電解電流、電解時間、電解質溶液溫度、pH、與不同重量比的甘油水溶液),及不同pH的染料溶液的狀況下,測試不同形態觸媒對甲基藍及甲基橙之光催化反應的特性。由本研究的實驗結果顯示,奈米管薄膜的管長與電解電壓大小、電解時間長短有關,且會造成不同的光催化反應速率;但管徑變化對光催化反應速率的影響,則呈正相關係,於大管徑下呈不規則變化。煅燒溫度提升後,奈米管薄膜的晶相會轉變成銳鈦礦與金紅石更高溫時,趨向金紅石。不同溶液pH值與不同的奈米管晶相,都會影響染料的光催化反應速率。本研究所製備二氧化鈦奈米管膜及實驗相關結果,有應用於化學感測器與太陽能電池的潛力。
Recently, progress on research of physical and chemical properties of TiO2 had brought it great application in the photocatalytic reactions. In this study, TiO2 nanotube arrays were prepared with electrolytes containing fluoride by anodic oxidation method. Different operation conditions were investigated including electrolysis voltage, electrolysis current, electrolysis time, electrolyte solution temperature, electrolyte solution pH, and weight ratio of glycerin in aqueous solution. Nanotube arrays of difference lengths and diameters were fabricated. Photocatalytic reactions of methylene blue and methyl orange were implemented with difference nanotube arrays, calcination temperature and dye solution pH. The results showed nanotubes length was according to electrolysis voltage and electrolysis time and related to photocatalytic ratio, but nanotubes diameter was only proportional to photocatalytic ratio at low and middle diameters. As calcination temperature increased the crystal phases of TiO2 were transferred from amorphous to anatase and rutile phases. The photocatalytic ratio of dyes was also influenced by crystal phases of nanotube arrays and dye solution pH. The results concluded in this study have potential applications in the researches of chemical sensor and solar cells.
目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅹ
第一章、前言 1-2
第二章、文獻回顧 3-26
2.1 二氧化鈦晶體結構與特性 3-5
2.2 二氧化鈦光觸媒製備及披覆方式 6-12
2.3 二氧化鈦奈米管的製備方法 13-16
2.4 奈米管的生長機制 16-22
2.5 光催化反應 23-24
2.6 甲基橙 24-25
2.7 甲基藍 25-26
第三章、實驗材料與方法 27-35
3.1實驗流程圖 27
3.2 實驗儀器設備 28
3.3 實驗材料 29-30
3.4 實驗步驟 31
3.4.1 製備二氧化鈦奈米管膜之實驗 31
3.4.2 二氧化鈦奈米管膜光催化反應測試 32
3.4.3 紫外光/可見光光譜儀 (UV/VIS) 吸收光譜儀之量測 33
3.3.4 界達電位 (Zeta potential) 35
第四章、結果與討論 36-71
4.1 電解質濃度對二氧化鈦奈米管之影響 36-38
4.2 陽極氧化電壓對二氧化鈦奈米管之影響 39-42
4.3 電解質溶液溫度對二氧化鈦奈米管之影響 43-47
4.4 電解質溶液pH對二氧化鈦奈米管之影響 48-50
4.5 陽極氧化時間對二氧化鈦奈米管之影響 51-53
4.6 定電流陽極氧化對二氧化鈦奈米管之影響 54-57
4.7 二氧化鈦奈米管膜煅燒溫度對光催化反應之影響 58-61
4.8 二氧化鈦奈米管膜管徑對光催化反應之影響 62-63
4.9 二氧化鈦奈米管膜管長對光催化反應之影響 64-67
4.10 不同染料溶液pH對光催化反應之影響 68-71
第五章、結論 72-73
第六章、建議 74
第七章、參考文獻 75-82
第八章、附錄 83-99

圖目錄
圖1.二氧化鈦三種主要的晶相結構 5
圖2.鈦陽極氧化(a)無氟離子(b)有氟離子 22
圖3.(a)電流暫態(b)對應的TiO2形態(c)TiO2溶解與氧化平衡 22
圖4.(a)管成長的擴散控制(b)電流密度模式(c)管長擴張模式 22
圖5.二氧化鈦催化反應機制圖 23
圖6.製備二氧化鈦奈米管陣列膜及光催化反應流程圖 27
圖7.陽極氧化裝置圖 32
圖8.光催化反應裝置圖 33
圖9.不同電解質濃度製備奈米管膜形態之SEM俯視圖 38
圖10.不同電壓製備奈米管膜形態之SEM俯視圖 40
圖11.不同電壓製備奈米管膜形態之SEM側視圖 41
圖12.奈米管形態隨陽極氧化電壓變化之趨勢 42
圖13.不同電解質溶液溫度製備奈米管膜形態之SEM俯視圖 45
圖14.不同電解質溶液溫度製備奈米管膜形態之SEM側視圖 46
圖15.奈米管形態隨電解質溶液溫度變化之趨勢 47
圖16.不同電解質溶液pH製備奈米管膜形態之SEM俯視圖 50
圖17.不同陽極氧化時間製備奈米管膜形態之SEM側視圖 52
圖18.奈米管管長隨陽極氧化時間變化之趨勢 53
圖19.不同定電流下製備奈米管膜形態之SEM俯視圖 56
圖20.陽極氧化電壓在不同大小定電流操作時隨時間之變化趨勢 57
圖21.不同煅燒溫度奈米管膜之XRD圖譜 60
圖22.不同煅燒溫度奈米管膜之光催化反應速率常數 61
圖23.不同奈米管二氧化鈦膜之光催化反應速率常數 63
圖24.不同奈米管管長二氧化鈦膜之光催化反應速率常數 66
圖25.不同奈米管長度與不同P-25披覆厚度光觸媒之甲基藍光催化反應速率常數 67
圖26.不同pH值染料溶液之光催化反應速率常數 69
圖27.二氧化鈦奈米管在不同pH值之界達電位(Zeta potential) 70
附圖1.甲基橙之背景實驗 86
附圖2.甲基藍之背景實驗 87
附圖3.不同煅燒溫度奈米管膜之甲基橙去除率 88
附圖4.不同煅燒溫度奈米管膜之甲基藍去除率 89
附圖5.不同甲基橙pH值之奈米管膜去除率 90
附圖6.不同甲基藍pH值之奈米管膜去除率 91
附圖7.不同奈米管長之甲基橙去除率 92
附圖8.不同奈米管長之甲基藍去除率 93
附圖9.不同P-25厚度之甲基藍去除率 94
附圖10.不同奈米管徑之甲基橙去除率 95
附圖11.不同奈米管徑之甲基藍去除率 96
附圖12.定電流0.01A操作時隨時間之變化趨勢 97
附圖13.定電流0.02A操作時隨時間之變化趨勢 97
附圖14.定電流0.03A操作時隨時間之變化趨勢 98
附圖15.定電流0.04A操作時隨時間之變化趨勢 98
附圖16.定電流0.05A操作時隨時間之變化趨勢 99

表目錄
表1.二氧化鈦晶型比較 4
表2.儀器設備及其型號 28
表3.實驗藥劑(I) 29
表4.實驗藥劑(II) 30
表5.二氧化鈦奈米管及染料之電性隨pH之變化 71
附表1.電解質濃度對二氧化鈦奈米管之控制因素 83
附表2.陽極氧化電壓對二氧化鈦奈米管之控制因素 83
附表3.電解質溶液溫度對二氧化鈦奈米管之控制因素 84
附表4.電解質溶液pH對二氧化鈦奈米管之控制因素 84
附表5.陽極氧化時間對二氧化鈦奈米管之控制因素 85
附表6.定電流陽極氧化對二氧化鈦奈米管之控制因素 85
第六章、參考文獻
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