本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦基光催化劑的制備及其光催化性能研究

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【摘要】：隨著對半導(dǎo)體光催化劑的深入研究,其用于降解有機(jī)廢水已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室逐漸走向了工業(yè)化。在那么多半導(dǎo)體催化劑中,TiO_2憑借其綠色無毒、性質(zhì)穩(wěn)定、制備簡單和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出,成為半導(dǎo)體材料中最受人矚目的光催化劑。但是二氧化鈦的禁帶寬度較大,其只在小于387 nm波長范圍的紫外光區(qū)有較好的光催化活性,光生電子-空穴對的復(fù)合率較高,能在極短的時間內(nèi)復(fù)合,導(dǎo)致量子利用率低等問題,科研人員采用了多種方法對其進(jìn)行改性,其中包括金屬和非金屬單摻雜、過渡離子摻雜、共摻雜、貴金屬修飾、染料敏化、半導(dǎo)體復(fù)合和負(fù)載固化技術(shù)。本文通過對其進(jìn)行摻雜和復(fù)合改性,使二氧化鈦的光催化活性得到提高。在可見光和紫外光條件下降解甲基橙溶液來評價樣品的光催化活性,主要研究內(nèi)容如下:(1)采用溶膠-凝膠法成功制備出納米二氧化鈦光催化劑,實(shí)驗(yàn)表明,所制備的二氧化鈦光催化劑在可見光條件下光催化活性較低,紫外光條件下較高。二氧化鈦納米粉體是由納米級顆粒堆積而成,其尺寸均達(dá)到納米級。降解濃度為10 mg/L的甲基橙溶液在可見光下降解5 h后,降解率為27.91%;在紫外光條件下降解5 h后,降解率為96.08%。(2)基于二氧化鈦的不足,制備了系列銀摻雜二氧化鈦光催化劑,研究了銀摻雜對二氧化鈦光催化降解活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,摻雜銀之后降低了二氧化鈦的結(jié)晶度,且未改變二氧化鈦的晶型。引入銀離子減小了二氧化鈦催化劑的禁帶寬度,提高了光生電子-空穴的利用率。其中,當(dāng)銀摻雜量所占摩爾為1.00%時,在可見光條件和紫外光條件下,二氧化鈦均達(dá)到最佳光催化活性。在可見光下,光催化降解4 h,降解率達(dá)到92.57%;在紫外光下,降解2 h,降解率達(dá)到84.54%。(3)成功制備出了白炭黑/二氧化鈦光催化劑,結(jié)果表明,白炭黑/二氧化鈦催化劑光催化活性的提高,是由于半導(dǎo)體間形成了特殊的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)大大提高了光生電子-空穴的分離和傳遞速率,進(jìn)而提高其光催化活性,白炭黑的最佳復(fù)合量為3.00%。(4)先用溶膠-凝膠法制備出了白炭黑/二氧化鈦光催化劑,后選擇0.20 g具有最佳光催化活性的白炭黑/二氧化鈦復(fù)合光催化劑浸漬于不同濃度的硝酸銀溶液中,制備了銀修飾白炭黑/二氧化鈦光催化劑。結(jié)果表明,白炭黑/二氧化鈦復(fù)合光催化劑經(jīng)一定濃度的硝酸銀溶液浸漬處理后,光催化活性得到了進(jìn)一步的提高,硝酸銀溶液的最佳濃度為3.00×10-5 mol/L。以上研究結(jié)果表明,采用溶膠-凝膠法可以成功制備出二氧化鈦和通過貴金屬摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合和貴金屬沉積改性的光催化劑,可以有效地提高TiO_2的光催化活性。
【關(guān)鍵詞】：溶膠-凝膠法 二氧化鈦 金屬離子摻雜 貴金屬沉積 半導(dǎo)體復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化技術(shù)發(fā)展概況11-12
• 1.3 納米TiO_2光催化機(jī)理12-13
• 1.4 TiO_2光催化活性的影響因素13-16
• 1.4.1 晶體結(jié)構(gòu)的影響13-14
• 1.4.2 粒徑與比表面積的影響14-15
• 1.4.3 其它因素的影響15-16
• 1.5 TiO_2的制備方法16-19
• 1.5.1 氣相沉淀法16
• 1.5.2 液相沉淀法16-17
• 1.5.3 微乳液法17
• 1.5.4 水熱法及溶劑熱法17-18
• 1.5.5 溶膠-凝膠法18-19
• 1.6 提高TiO_2光催化活性的方法19-21
• 1.6.1 貴金屬沉積19-20
• 1.6.2 離子摻雜20
• 1.6.3 半導(dǎo)體復(fù)合20-21
• 1.6.4 表面光敏化21
• 1.6.5 固定化負(fù)載21
• 1.7 本論文的選題依據(jù)、意義和研究內(nèi)容21-23
• 1.7.1 選題依據(jù)與意義21-22
• 1.7.2 主要研究內(nèi)容22
• 1.7.3 創(chuàng)新點(diǎn)22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分23-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器23-24
• 2.2 工藝流程24
• 2.3 催化劑表征方法24-26
• 2.3.1 X射線粉末衍射（XRD）24-25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）25
• 2.3.3 紅外光譜（IR）25
• 2.3.4 紫外可見漫反射吸收光譜（UV-Vis DRS）25
• 2.3.5 熱分析（TG-DSC）25-26
• 2.4 催化劑活性的評價26-30
• 2.4.1 光催化降解實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.4.2 甲基橙的吸收光譜曲線27
• 2.4.3 甲基橙溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制27-28
• 2.4.4 甲基橙溶液穩(wěn)定性測試28-29
• 2.4.5 光催化降解率的計算29-30
• 第三章 銀摻雜二氧化鈦光催化劑的制備及光催化性能研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 Ag-TiO_2納米粉體的制備30-31
• 3.3 Ag-TiO_2的表征31-37
• 3.3.1 X射線衍射（XRD）31-32
• 3.3.2 掃描電鏡表征（SEM）32-33
• 3.3.3 能譜元素分析（EDS）33-34
• 3.3.4 紅外光譜分析（IR）34-35
• 3.3.5 紫外-可見漫反射分析(UV-Vis DRS)35
• 3.3.6 熱重及示差掃描分析(TG-DSC)35-37
• 3.4 光催化活性表征37-40
• 3.4.1 二氧化鈦和銀摻雜二氧化鈦二氧化鈦光催化劑的催化活性37-38
• 3.4.2 煅燒溫度對降解率的影響38-40
• 3.4.3 催化劑用量對甲基橙降解率的影響40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第四章 白炭黑/二氧化鈦復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究42-55
• 4.1 引言42-43
• 4.2 白炭黑/二氧化鈦的制備43
• 4.3 白炭黑/二氧化鈦的表征43-49
• 4.3.1 X射線衍射（XRD）43-44
• 4.3.2 掃描電鏡表征（SEM）44-45
• 4.3.3 能譜元素分析（EDS）45-46
• 4.3.4 紅外光譜分析（IR）46-47
• 4.3.5 紫外-可見漫反射分析(UV-Vis DRS)47-48
• 4.3.6 熱重及示差掃描分析(TG-DSC)48-49
• 4.4 光催化活性表征49-54
• 4.4.1 二氧化鈦和白炭黑/二氧化鈦光催化劑的催化活性49-50
• 4.4.2 煅燒溫度對降解率的影響50-51
• 4.4.3 催化劑用量對甲基橙降解率的影響51-52
• 4.4.4 甲基橙溶液不同p H對降解率的影響52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 銀修飾白炭黑/二氧化鈦復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 銀-白炭黑/二氧化鈦的制備55-56
• 5.3 銀-白炭黑/二氧化鈦的表征56-59
• 5.3.1 掃描電鏡表征（SEM）56-57
• 5.3.2 能譜元素分析（EDS）57
• 5.3.3 紅外光譜分析（IR）57-59
• 5.3.4 紫外-可見漫反射分析(UV-Vis DRS)59
• 5.4 光催化活性表征59-61
• 5.4.1 銀-白炭黑/二氧化鈦的催化活性59-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士期間的研究成果71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1095180