Синтез золь-гель методом материалов на основе диоксида титана и исследование их фотокаталитических свойств - Курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»В последнее десятилетие растущие требования к качеству воды и воздуха вызывают все больший интерес к изучению фотокаталитических процессов. Такие процессы находят широкое промышленное применение, например: фотокаталитическое разложение вредных органических соединений, как в растворах, так и в газовой фазе, создание самоочищающихся покрытий, преобразование солнечной энергии в химическую и электрическую, процессы органического синтеза. Фотокаталитические реакции способны протекать при комнатной или более низкой температуре под действием видимого излучения, что позволяет использовать солнечную энергию для проведения полезных процессов. Наиболее часто используют диоксид титана, что связано с его высокой фотокаталитической активностью, высокой химической стабильностью, низкой стоимостью и отсутствием токсичности. Так, ширина запрещенной зоны диоксида титана составляет 3,0-3,2 ЭВ; поглощение света диоксидом титана лежит в УФ-области спектра, поэтому эффективность работы фотокатализаторов под действием видимого излучения составляет менее 10 %.Однако каталитические процессы использовались в практических целях еще со времен глубокой древности, например приготовление теста при хлебопечении, сбраживание виноградного сока при получении вина, приготовлении уксуса и т.д. Что касается фотокатализа, это слово состоит из двух частей фото-от греч. фотос - свет, и катализ - изменение скорости химических реакций в присутствии веществ (катализаторов), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав. Таким образом, фотокатализ - это изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических превращениях участников реакции, многократно вступая с ними в промежуточные взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий. Фактически фотокатализ дает уникальную возможность глубоко окислять органические соединения в мягких условиях, а простота самих устройств позволяет широко использовать фотокатализ на практике. 1 приведена схема практического использования фотокатализа с использованием диоксида титана в качестве фотокатализатора.Наиболее часто в качестве фотокаталтзатора используют диоксид титана, что связано с его высокой фотокаталитической активностью, высокой химической стабильностью, низкой стоимостью и отсутствием токсичности. В первом состоянии электроны движутся по кристаллической решетке, во втором состоянии - основном электроны связаны с каким-либо ионом кристаллической решетки и участвуют в образовании химической связи. При поглощении кванта света в объеме частицы TIO2 образуются свободный электрон (e ) и электронная вакансия - пазон (h ), которые рекомбинируются или мигрируют в полупроводнике, частично локализуясь на структурных дефектах его кристаллической решетки Так, ширина запрещенной зоны диоксида титана составляет 3,0-3,2 ЭВ; поглощение света диоксидом титана лежит в УФ-области спектра, поэтому эффективность работы фотокатализаторов под действием видимого излучения составляет менее 10 %. Также наблюдается недостаточно высокий квантовый выход фотопревращения, что связано с высокой степенью рекомбинации носителей заряда, низкой удельной поверхностью, а также малой адсорбционной способностью диоксида титана.Для определения кристаллической структуры вещества необходимо знать параметры элементарной ячейки кристаллической структуры и координаты атомов, заполняющих элементарный параллелепипед, закон симметрии, которому подчиняется это расположение, и межплоскостные расстояния. Основным методом рентгенофазового анализа служит метод порошка (метод Дебая-Шеррера), когда монохроматический пучок рентгеновских лучей направляют на поликристаллический образец. Так как кристаллы, из которых состоит образец, очень малы, то в исследуемом объеме образца их оказываются десятки миллионов. Следовательно, всегда имеются их любые ориентировки по отношению к лучу, в том числе и те, которые удовлетворяют закону Вульфа - Брэгга, устанавливающему зависимость между длиной волны рентгеновских лучей (A), межплоскостными расстояниями (d) и углом скольжения пучка рентгеновских лучей (0) по отношению к отражающей плоскости: 2d sin0 =NX.Совокупность методов дисперсионного анализа, в основе которых лежит зависимость между размером (массой) и скоростью движения тела в вязкой среде (газе или жидкости) под действием гравитационных или центробежных сил - называется седиментационным анализом.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Литературный обзор

1.1 Фотокатализ: основные понятия

1.2 Диоксид титана: строение, фазовые переходы, основные свойства

1.3 Методы получения диоксида титана и материалов на основе

Экспериментальная часть

2.1 Методы исследования материалов

2.1.1 Рентгенофазовый анализ

2.1.2 Седиментационный анализ

2.1.3 Просвечивающая электронная микроскопия

2.1.4 Определение фотокаталитической активности

2.3 Синтез материалов на основе диоксида титана

2.4 Исследование структуры диоксида титана рентгенофазовым методом

Список литературы