【摘要】：鐵的氧化物由于擁有豐富的原料來源、對環(huán)境沒有污染、安全性好以及優(yōu)異的光吸收性能等優(yōu)點,得到了研究者的重視。其中,α-Fe_2O_3是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、禁帶寬度較窄,擁有很強的可見光吸收效率的半導(dǎo)體材料;通過控制反應(yīng)條件來合成α-Fe_2O_3納米顆粒,并探究形貌與尺寸對其光電性能的影響是目前的研究熱點之一。另外,Fe_3O_4磁性納米顆粒,在處理工業(yè)污水中的有毒重金屬離子方面的應(yīng)用也非常廣泛。石墨烯(Graphene)是一種二維碳材料,有著優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及機械性能,是研究非常熱門的新型材料。還原氧化石墨烯(RGO)與石墨烯相比,其表面含有許多含氧官能團,這些含氧官能團以及sp2雜化區(qū)域都能成為某些半導(dǎo)體顆粒的復(fù)合位點,這為制備晶粒尺寸更小、分散性更高的半導(dǎo)體復(fù)合物提供了可能。α-Fe_2O_3通過與RGO復(fù)合,可以有效增大比表面積、拓寬光譜吸收范圍以及降低光生電子空穴對復(fù)合率,有利于光催化性能的提高。Fe_3O_4納米顆粒通過與RGO復(fù)合,有利于增大其比表面積,從而增加吸附劑表面的吸附位點,吸附效果因此會得到提高。本論文主要的研究內(nèi)容有以下幾個方面:1、分別制備出了棒狀、米粒狀、紡錘形以及斜六方體四種不同形貌與尺寸的α-Fe_2O_3顆粒,并探究形貌與尺寸對α-Fe_2O_3顆粒的光電性能以及光催化性能的影響。實驗結(jié)果表明:納米尺寸的α-Fe_2O_3顆粒的光催化效果好于微米尺寸的;同為納米尺寸的幾種不同形貌α-Fe_2O_3顆粒的光催化效果也不一樣,這主要是因為不同形貌的α-Fe_2O_3其表面暴露晶面不一樣,電子傳輸?shù)穆窂揭约八俾识疾煌?電化學(xué)測試顯示:紡錘形α-Fe_2O_3的電子傳輸速率快于米粒狀和斜六方體α-Fe_2O_3,這與光催化測試結(jié)果相吻合。2、通過水熱法制備出了α-Fe_2O_3/RGO復(fù)合物,并探究RGO的復(fù)合對α-Fe_2O_3顆粒光催化性能的影響。光催化結(jié)果顯示:當(dāng)α-Fe_2O_3與RGO復(fù)合后,它對甲基橙溶液的光降解率從59%左右提高到接近100%;紫外可見吸收光譜結(jié)果顯示:復(fù)合物對光譜的吸收范圍從600 nm拓寬到了900 nm,表明了復(fù)合物提高了對可見光部分的吸收;同時,復(fù)合物中光生電子空穴對的復(fù)合率減小,導(dǎo)電能力提高,有利于更多光生電子傳輸?shù)奖砻鎱⑴c光催化反應(yīng)。3、分別通過共沉淀法制備Fe_3O_4納米磁性顆粒以及原位生長法制備Fe_3O_4與RGO的復(fù)合物,并用CTAB修飾后作為吸附劑對鉻酸鉀進行吸附。探究了時間、溫度、PH值以及石墨烯復(fù)合比例對吸附性能的影響。結(jié)果表明:該吸附反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以在低溫下吸附效果更好;吸附反應(yīng)的速率非�？�,在30 min內(nèi)即可達到吸附飽和;當(dāng)PH值在3.5附近時,以Fe_3O_4與RGO的2:1復(fù)合物作為吸附劑對鉻酸鉀溶液進行吸附,在常溫下,每克的吸附容量可達251 mg。
[Abstract]:Iron oxides have attracted much attention due to their abundant sources of raw materials, no pollution to the environment, good safety and excellent light absorption properties. Among them, 偽 -Fe _ 2O _ 3 is a kind of semiconductor material with stable chemical properties, narrower band gap and high visible light absorption efficiency; 偽 -Fe _ 2O _ 3 nanoparticles are synthesized by controlling the reaction conditions. It is one of the hot research topics to explore the influence of morphology and size on its optoelectronic properties. In addition, Fe3O4 magnetic nanoparticles are widely used in the treatment of toxic heavy metal ions in industrial sewage. Graphene (Graphene) is a two-dimensional carbon material with excellent optical, thermal, electrical and mechanical properties. Compared with graphene, reduced graphene (RGO) has many oxygen-containing functional groups on its surface. These oxygen-containing functional groups and the sp2 hybrid region can be used as composite sites for some semiconductor particles, which makes the grain size smaller. 偽 -Fe _ 2O _ 3 can effectively increase the specific surface area, widen the spectral absorption range and reduce the recombination rate of photogenerated electron holes by compounding with RGO. Fe3O4 nanoparticles can increase the specific surface area by compounding with RGO, thus increasing the adsorption sites on the surface of adsorbent, so the adsorption effect will be improved. The main research contents of this thesis are as follows: 1. Four kinds of 偽 -Fe _ S _ 2O _ 3 particles, such as rod, rice grain, spindle-shaped and oblique hexagonal, have been prepared. The effects of morphology and size on the optoelectronic and photocatalytic properties of 偽 -Fe _ S _ 2O _ 3 particles were investigated. The experimental results show that the photocatalytic effect of nano-sized 偽 -Fe2O3 particles is better than that of micron size, and the photocatalytic effect of 偽 -Fe2O3 particles with the same nanometer size is different. This is mainly due to the fact that the surface of 偽 -Fe _ 2O _ 3 with different morphologies is different in exposed crystal planes, and the path and rate of electron transport are different. Electrochemical tests showed that the electron transport rate of spindle-shaped 偽 -Fe2O3 was faster than that of 偽 -Fe2O3, which coincided with the photocatalytic test results. The 偽 -Fe2O3 / RGO complex was prepared by hydrothermal method, and the effect of RGO composite on the photocatalytic performance of 偽 -Fe2O3 / RGO particles was investigated. The photocatalytic results showed that when 偽 -Fe _ s _ p _ 2O _ 3 was combined with RGO, The photodegradation rate of methyl orange solution was increased from about 59% to nearly 100%. The UV-Vis absorption spectra showed that the absorption range of the complex was widened from 600 nm to 900 nm,. The recombination rate of photogenerated electron hole pair in the composite decreases and the conductivity increases. More photogenerated electrons were transported to the surface to participate in photocatalytic reaction. The magnetic nanoparticles of Fe_3O_4 were prepared by co-precipitation method and the complexes of Fe_3O_4 and RGO were prepared by in-situ growth method. Potassium chromate was adsorbed by CTAB as adsorbent. The effects of time, temperature, PH value and graphene ratio on adsorption properties were investigated. The results show that the adsorption reaction is exothermic, so the adsorption effect is better at low temperature, the rate of adsorption reaction is very fast, and the adsorption saturation can be reached within 30 min. When the PH value is near 3.5, The 2:1 complex of Fe_3O_4 and RGO was used as adsorbent to adsorb potassium chromate solution. At room temperature, the adsorption capacity per gram can reach 251 mg..
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2261096