文献综述
当今世界，工业化发展程度越来越高，而随之产生的环境污染问题也已经受到了越来越广泛的关注。同时，巨大的能源压力也无时无刻不在制约着人类可持续发展的步伐。因此，能否找到一种高效、无二次污染且节约能源的污染处置方法至关重要，这也成为了当前众多研究者们所关注的重点。作为地球总能量来源，太阳能是当前最直接，最清洁，最丰富的能源。而我国作为一个太阳能资源丰富的国家，能否充分利用好这一资源，对我国的社会发展起着决定性的作用。
纳米光催化技术作为一种消除大气中污染气体、治理环境污染和控制环境友好的方法，己成为国际上最活跃的研究领域之一。而纳米TiO2作为一种具有催化活性高、价廉、耐腐蚀性强、化学性质稳定、资源丰富等优点的光催化剂，被认为是现阶段最具应用前景的光催化材料之一。但是纳米型光催化剂在实际的应用中存在着两个关键技术难题:一是悬浮相型存在着易失活、易凝聚以及难以分离回收等缺点;二是它的禁带较宽，只会对紫外光有响应，并且电子和空穴比较容易复合，导致了TiO2光催化的活性以及催化效率的降低 。因此，一方面我们可以将TiO2负载在合适的载体上，来有效地克服催化剂的凝聚和回收等问题;另一方面，可以通过多种方法来引入杂质使得TiO2的晶体表面产生缺陷，从而抑制TiO2光生电子－空穴的复合，来增加TiO2表面活性中心的数量，从而来提高TiO2光催化的活性及催化效率。 目前，常用 TiO2载体大约可分以下几类:(1) 天然矿物类，如高岭土、膨胀珍珠岩、天然浮石、硅藻土等，此类物质本身不仅具有一定的催化活性和吸附能力，并且耐酸碱、耐高温;(2)玻璃类，比如玻璃片、空心玻璃、玻璃网等，这类载体不仅价格低廉便于成型，而有良好的透光性，已经越来越引起人们的重视了;(3)吸附类，比如多空分子筛、硅胶、活性碳等，这类载体一般为多孔、比表面积比较大的物质，是目前应用较为广泛的载体;(4)陶瓷类，这类载体对 TiO2有良好的附着性，并且又自洁、耐酸碱、耐高温，是比较理想的载体。但这类载体不仅都属于刚性材料，不能满足某些场合的需要，而且，比如活性碳等，在加工过程中，会造成空的坍陷;因此，寻找更为适合的载体，对扩大 TiO2具有很重要的作用;我们在前期研究中发现，用碳纤维做载体，能有效发挥碳纤维与 TiO2的协同效应，提高了 TiO2在紫外光照下的催化活性，但仍存在负载率低、在可见光下催化活性低等问题。最近的研究发现，用金属和非金属元素进行掺杂，得到的所谓TiO2 “第三代纳米光催化材料”具有比单一元素掺杂更高的光催化性能。在已经研究的众多单一掺杂的纳米TiO2 中，Fe 和 N 分别是较有效的金属和非金属掺杂剂。
目前国内外研究者就半导体光催化诸多方面的问题进行了深入的研究。但是就研究对象而言，大多数研究还主要是针对禁带较宽的N型半导体化合物。如ZnO、CdS、TiO2、ZnS、PbS、MoSi2和V2O5等。其中要属CdS、TiO2、ZnO的光催化活性比较高，但是，ZnO和CdS在光照下并不是很稳定。TiO2化学性质稳定，无毒，氧化能力强，能隙大，氧化还原电位高，能耗低，来源丰富，且其不易发生光腐蚀现象，并可以重复使用，是一种环境友好型的新型纳米材料。此外，纳米TiO2还具有量子效应、小尺寸效应、协同效应、表面效应等特性，因此其表现出较高的光催化氧化活性，是目前光催化氧化研究中的首选材料。目前纳米TiO2光催化降解体系主要有悬浮体系光催化氧化(具有比表面积大及受热效果好，光催化效果高，反应器简单等特点，但回收困难，而使其应用受到限制)和固定相光催化氧化(采用固定床反应器以降低运行成本，但催化利用效率下降)。近几十年来，以纳米Ti02作为催化剂的光催化氧化处理技术作为一种降解水体污染物的新兴水处理技术，已经得到了很大的发展与运用。
Termin等系统研究了多种不同金属离子掺杂的纳米Ti02的光催化效果，发现Fe3 ，V4 ，Re5 ，Mo5 ，Ru3 的掺杂在一定程度上能够增强纳米Ti02在可见光区域的催化活性。研究结果还表明：众多金属离子掺杂中以Fe”效果最佳。学者们普遍认为，Fe3 掺杂纳米TiO2改性的机理主要是通过Fe3 取代Ti02晶格中的Ti4 ，在TiO2晶格中形成浅电荷俘获陷阱，减少电子一空穴对的复合，从而提高光催化效率。近年来，研究者利用掺杂元素之间的协同作用，进行二氧化钛的双元素或多元素共掺杂研究，进一步提高光催化活性。在众多单元素掺杂纳TiO2的研究中，氮和铁分别是较为有效的非金属和金属掺杂离子。研究者研究发现，P-区非金属元素如N、C、B、F、P等参杂能有效降低TiO2的带隙能，拓宽光响应范围至可见光区，提高其在太阳光照下的催化性能。
我们主要研究Fe-N共掺杂TiO2降解废水中的罗丹明B效率的影响因素，罗丹明B又称玫瑰红B,或碱性玫瑰精，俗称花粉红，是一种具有鲜桃红色的人工合成的染料。易溶于水、乙醇，微溶于丙酮、氯仿、盐酸和氢氧化钠溶液。水溶液为蓝红色，稀释后有强烈荧光，醇溶液为红色荧光。经老鼠试验发现，罗丹明B会引致皮下组织生肉瘤，被怀疑是致癌物质。罗丹明B在溶液中有强烈的荧光, 用作实验室中细胞荧光染色剂、有色玻璃、特色烟花爆竹等行业。罗丹明B结构如下：
曾经用作食品添加剂，但后来实验证明罗丹明B会致癌，现在已不允许用作食品染色。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，罗丹明B在3类致癌物清单中。罗丹明B主要用于瓷器、纺织、制漆等工业染色，在染料合成和印染过程中，有不少染料排入污水处理系统或直接排入自然环境，这不仅影响水质，还可能通过食物链影响生物和人类的健康，因此在含染料废水排入自然环境时应给予降解处理。2011年2月15日，“重庆千骄调味品有限公司”厂区内部分残留豆瓣酱和红油中查出罗丹明B。2011年3月25日，重庆市九龙坡区质监局从重庆火锅研究所食品生产基地送检的某品牌火锅底料、麻辣鱼底料中，检验出均含有害物质“罗丹明B”。2012年5月，长沙罗丹明B染色辣椒案等都是违法添加罗丹明B引起的。
目前，降解罗丹明B的方法主要有光催化法、化学氧化法、Fenton法、超声降解、微波辐射等，TiO2光催化法具有快速、无毒、无二次污染、对污染物去除率高、节能等优点并且二氧化钛光催化材料有良好的稳定性和耐腐蚀性，最重要的是二氧化钛光催化材料储量丰富价格低廉，是目前前景最广阔的光催化材料之一。
我们以钛酸四丁酯((CH3(CH2)3O)4Ti)为钛源，尿素（CO(NH2)2）和硝酸铁(Fe(N03)3·9H20)分别作为N源和Fe源，采用溶胶—凝胶法制备了Ti02、N．TiO2、Fe．Ti02、N．Fe．Ti02光催化剂，并以罗丹明B作为降解对象，研究不同温度、pH、掺杂比下对罗丹明B降解效率的影响，并用XRD、SEM、FT-IR、BET、UV-VIS等手段对所制备的样品进行表征，以考察掺杂剂及制备条件等对不同光催化剂性能影响的原因。
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