以發光二極體結合鉍/二氧化鈦光觸媒提高可見光光催化效能之研究

Enhancement of Visible Light Photocatalytic Efficiency Using Light Emitting Diode and Bismuth/Titanium Dioxide

鄧資騰(Zih-Teng Deng)

指導教授 ： 林耀堅

國立屏東科技大學/工學院/環境工程與科學系所/碩士(2012年)

https://doi.org/10.6346/NPUST.2012.00105

摘要

新一代燈源，發光二極體(light emitting diode, LED)的問世，導致全球照明設備之革命，其光源體積小、使用壽命長、耗電量低、耐震性及單色性佳等優點，使得LED的研究與應用受到重視。近年來，光觸媒主要應用於太陽能的轉換與環境保護之研究，然而多數光催化劑中，以二氧化鈦(Titanium dioxide, TiO2)最廣泛使用，故本研究以溶膠-凝膠法製備TiO2結合鉍(Bismuth)，並且比較純TiO2、0.1%-Bi/TiO2、0.5%-Bi/TiO2、1.0%-Bi/TiO2、3.0%-Bi/TiO2、5.0%-Bi/TiO2和10.0%-Bi/TiO2改質光觸媒之光催化能力，使其提高可見光吸收之區域，並進一步探討處理亞甲基藍與PCBs水溶液光解效能之研究。
研究結果顯示添加Bi/TiO2確實能提升光觸媒可見光吸收區域，於X-ray繞射分析儀(XRD)分析結果經資料庫(JCPDS)驗證，本研究所使用之觸媒為銳鈦礦(anatase)型TiO2。經掃描式電子顯微鏡(SEM)之結果指出，添加鉍會使得觸媒表面有孔蝕現象的生成，使其受光面積增加。從光降解試驗可知，最佳操作條件(1.0 %-Bi/TiO2、400 ℃、pH=4.0)於自然日光下對多氯聯苯(PCBs)降解率可高達60.93 %，礦化率為12.87 %；再以離子層析儀(IC)分析生成Cl-之含量發現，隨著光照時間的增加，Cl-之產量也隨之提升；PCBs的濃度則隨光照時間的增加而降低，此現象可能是鉍離子與二氧化鈦因鍛燒改變其晶格型態，使其降低反映能隙，而利於光催化反應發生。本研究結果發現Bi參雜於TiO2上時，可有效提高光觸媒於可見光下之光催化能力，光源以自然日光效果最佳、LED光源表現不如預期，值得未來再做延伸探討，比起其他燈源來說，LED燈較符合其經濟效益。

關鍵字

二氧化鈦 ； 光觸媒 ； 可見光 ； 亞甲基藍 ； 多氯聯苯 ； 發光二極體

並列摘要

The adventages of using light emitting diodes (LED), a new generation of light source, lead to the global lighting revolution including its light weight, small size, long life, low power consumption, shock resistance, and good monochromaticity. LED research and application gain a great deal of attention. In recent years, the photocatalysts are mainly used on environmental protection research. However, the most widely used photocatalyt is titanium dioxide (TiO2). The sol - gel preparation of TiO2 composed with defferent amounts of bismuth (Bi), to form pure TiO2, 0.1%-Bi/TiO2, 0.5%-Bi/TiO2, 1.0%-Bi/TiO2, 3.0%-Bi/TiO2, 5.0%-Bi/TiO2, and 10.0%-Bi/TiO2. Bismuth was applied to enhance the photocatalytic capacity to improve the visible light absorption, and to further explore the treatment of methylene blue and PCBs aqueous solution. The results of Bi/TiO2 investigation can really enhance the visible light absorption. The XRD analytical results were used to compare the JCPDS authentication database used in this study to comfirm the crystal types of TiO2.
The findings of SEM tests showed the addition of bismuth is capable of increasing the light absorption of TiO2. The optimum operating conditions of photodegradation test results were using 1.0%-Bi/TiO2, 400 ℃, pH = 4.0 under natural sunlight. The degradation percentages of PCBs were up to 60.93 %, and 12.87 % of mineralization. The IC analysis found that with increasing illumination time, the yield of Cl- was increased. PCBs concentration decreased with increasing illumination times. This phenomenon may be caused by bismuth and titanium dioxide calcination that changed the lattice type of TiO2 and to lower its energy gap. The results of this study found that the Bi-doped TiO2 photocatalyst can effectively improve the photocatalytic activity under visible light radiation. The LED light source can be expected to use on photocatalytic research in the future because LED light is more in line with its economic benefits compared to other light sources.

並列關鍵字

titanium dioxide ； LED ； visible light ； methylene blue ； polychloriated biphenyls ； photocatalyst

參考文獻

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