發(fā)布時間：2019-11-07 02:40

【摘要】：近年來,水污染問題已成為全球發(fā)展面臨的重大難題。水污染物中占相當(dāng)大比例的是有機污染物,主要來源于工業(yè)廢水,生活污水,食品加工,醫(yī)藥農(nóng)藥生產(chǎn)等,這類廢水有機污染物含量很高且難分解,如稠環(huán)芳香烴、酚類化合物、鹵代烴等。化學(xué)方法是處理水污染物中最為有效的方法,利用化學(xué)物質(zhì)的氧化還原性將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。納米半導(dǎo)體光催化材料因其高效、低成本、無二次污染等優(yōu)點成為近些年研究的熱點。但目前常見的半導(dǎo)體材料如二氧化鈦(TiO_2)、二氧化錫(SnO_2)、鈦酸鍶(SrTiO_3)等有幾個缺點限制其應(yīng)用,一是單相結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光生載流子容易復(fù)合,二是寬的禁帶帶隙,使得光吸收范圍狹窄,大部分僅對太陽光中約占5%的紫外光區(qū)具有吸收。TiO_2、SnO_2、SrTiO_3的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效地拓寬這些半導(dǎo)體材料的吸收光范圍,本論文利用表面氧化還原方法構(gòu)建該類材料的納米半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu),并進(jìn)行光催化方面的研究。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1.采用簡單的水熱法成功合成了銳鈦礦-金紅石兩相共存的TiO_2納米帶。對XRD圖譜進(jìn)行分析,結(jié)果顯示所合成的納米帶結(jié)晶性好,主干部分為銳鈦礦。透射電鏡照片顯示TiO_2納米帶的直徑約為100nm-200nm,具有大的比表面積。以TiO_2納米帶為基質(zhì),在常溫下通過氧化還原方法制備了異質(zhì)結(jié)材料TiO_2/Cr2O_3和TiO_2/Fe2O_3。通過TiO_2、TiO_2/Cr2O_3和TiO_2/Fe2O_3光催化降解亞甲基藍(lán)考察異質(zhì)結(jié)材料的光催化活性,測試結(jié)果顯示,當(dāng)50W氙燈照射五小時,TiO_2降解率為56.7%,TiO_2/Cr2O_3降解率達(dá)到79.0%,TiO_2/Fe2O_3降解率為68.3%,異質(zhì)結(jié)材料的光催化性能顯著提高。這主要歸因于電子傳輸效率和電子-空穴分離效率的改善。2.以商品化的納米SnO_2為基質(zhì)材料,利用氧化還原方法制備了SnO_2/Cr2O_3、SnO_2/Fe2O_3納米顆粒異質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用XRD,SEM,TEM,EDS,HRTEM等表征手段分析了納米材料的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明Cr2O_3、Fe2O_3覆蓋在SnO_2表面,形成異質(zhì)結(jié)。通過SnO_2、SnO_2/Cr2O_3、SnO_2/Fe2O_3光催化降解亞甲基藍(lán)來考察納米材料的光催化性能。在50W氙燈下照射五小時,SnO_2及其異質(zhì)結(jié)材料中光降解亞甲基藍(lán)SnO_2/Fe2O_3光催化活性最高,5小時的降解率達(dá)到86.9%,SnO_2/Fe2O_3次之,降解率為69.4%,純態(tài)SnO_2的降解率最低為58.6%。光催化降解結(jié)果顯示,與純態(tài)SnO_2相比,制備的異質(zhì)結(jié)材料對亞甲基藍(lán)的降解效率更為突出。3.選取P25為鈦源,氫氧化鍶為鍶源,水熱法合成SrTiO_3納米顆粒。以SrTiO_3納米顆粒為基質(zhì)材料,利用氧化還原方法成功制備了SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3異質(zhì)結(jié)材料。并通過XRD、SEM及HRTEM等表征手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,通過SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3降解亞甲基藍(lán)分析光催化活性。在50W氙燈照射下,SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3降解效率分別為69.5%、75.4%均高于純態(tài)SrTiO_3的62.2%。研究發(fā)現(xiàn),半導(dǎo)體材料的電子傳輸效率和電子-空穴分離效率的改善能提高光催化效率。綜上所述,本文采用氧化還原方法合成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料在光催化降解方面具有良好的性能。合成方法簡單,光催化性能高使其具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;O644.1;TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2557064