本文關(guān)鍵詞：銳鈦礦型二氧化鈦納米中空球的制備及其摻鐵性能研究

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【摘要】：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái),世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,同時(shí)對(duì)大自然造成了更多的破壞和污染。所以,各國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),也開(kāi)始著力解決污染問(wèn)題。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N很有發(fā)展前景的半導(dǎo)體材料,光催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好且無(wú)毒無(wú)污染,受到了越來(lái)越多的關(guān)注。但是,二氧化鈦用于廢水污水處理時(shí),仍然存在著很多問(wèn)題,由于吸收波長(zhǎng)主要位于紫外區(qū),光催化效率偏低。通過(guò)研究可知,中空球顆�？梢愿玫亟邮芄廨椛�,提高光反應(yīng)效率,而且也有研究證明銳鈦礦晶型是TiO_2光催化效果比較好的一種晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)以上結(jié)論,本文制備出銳鈦礦TiO_2中空球并研究其在模擬太陽(yáng)光下光催化效率,并通過(guò)摻雜金屬鐵離子進(jìn)一步探討了不同濃度摻雜量對(duì)光催化效率的影響。具體步驟如下:1.采用共沉淀法,以硫酸鈦為鈦源配合氫氧化鈉進(jìn)行共沉淀反應(yīng),生成氫氧化鈦凝膠。水熱法結(jié)合煅燒工藝制備出純相銳鈦礦納米中空球,并通過(guò)在共沉淀反應(yīng)中加入硝酸鐵制備了鐵摻雜的銳鈦礦納米空心球。通過(guò)X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、比表面積測(cè)試(BET)對(duì)制得的樣品進(jìn)行表征和分析,觀察了不同反應(yīng)條件下制得樣品的物理化學(xué)組成。研究發(fā)現(xiàn):在130℃時(shí)下反應(yīng)48 h條件下,控制煅燒反應(yīng)溫度450℃時(shí)反應(yīng)3 h條件下,可以制備出結(jié)晶性較好的納米級(jí)銳鈦礦TiO_2中空球。2.經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單表征和分析之后,對(duì)不同條件下制備的樣品進(jìn)行光催化性能進(jìn)行檢測(cè),并且研究了光催化劑用量以及物理吸附對(duì)光催化反應(yīng)的影響。以氙燈發(fā)射的模擬太陽(yáng)光為光源,一定濃度甲基橙溶液為目標(biāo)降解物,催化反應(yīng)100 min。光反應(yīng)期間間隔20 min時(shí)進(jìn)行采樣,測(cè)試其吸光度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在不同水熱條件下制備的樣品,其光催化性能各有不同。在水熱溫度130℃條件下制備出來(lái)的樣品比其他溫度下樣品的降解率高;而在水熱時(shí)間的控制上,反應(yīng)48 h也是最佳反應(yīng)條件,對(duì)產(chǎn)品的降解率最高。通過(guò)光催化性能對(duì)比,選擇水熱溫度130℃,反應(yīng)時(shí)間48 h是最優(yōu)反應(yīng)條件,結(jié)果表明好的結(jié)晶性以及形貌特征對(duì)光催化性能很重要。3.研究了摻雜鐵離子對(duì)光催化性能產(chǎn)生的影響,并和純相的二氧化鈦進(jìn)行對(duì)比。最終發(fā)現(xiàn)在制備預(yù)聚體的過(guò)程中加入了鐵離子,可以得到鐵離子摻雜的納米銳鈦礦TiO_2,并通過(guò)XRD和EDS分析得到證明。而且,光催化實(shí)驗(yàn)表明,鐵離子的摻雜可以在一定范圍內(nèi)提高TiO_2的光催化效率,純相TiO_2的降解率為28%,而摻雜濃度1%的樣品降解率可達(dá)43%。后續(xù)實(shí)驗(yàn)還可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜濃度繼續(xù)升高,樣品的光催化性能會(huì)下降,是因?yàn)檫^(guò)多的鐵離子摻雜會(huì)破壞原有晶粒的穩(wěn)定性,降低其應(yīng)用價(jià)值。綜上所述,一定濃度的金屬離子摻雜可以提高純相TiO_2的光催化性能。
【關(guān)鍵詞】：銳鈦礦 納米中空球 光催化 鐵摻雜
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ134.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 二氧化鈦材料13-16
• 1.2.1 二氧化鈦物化性質(zhì)13
• 1.2.2 二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.3 二氧化鈦中空球形結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3 二氧化鈦光催化技術(shù)的發(fā)展16-20
• 1.3.1 二氧化鈦光催化應(yīng)用現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 二氧化鈦光催化降解原理18-20
• 1.4 提高二氧化鈦光催化的途徑20-24
• 1.4.1 金屬離子摻雜增強(qiáng)20-21
• 1.4.2 非金屬元素?fù)诫s增強(qiáng)21
• 1.4.3 復(fù)合半導(dǎo)體增強(qiáng)21-22
• 1.4.4 光敏化增強(qiáng)22-23
• 1.4.5 貴金屬沉積23-24
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容及意義24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及藥品26-27
• 2.2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.2.2 主要實(shí)驗(yàn)藥品27
• 2.3 二氧化鈦的物質(zhì)表征27-29
• 2.3.1 X射線衍射（XRD）27-28
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）28
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）28
• 2.3.4 比表面積（BET）測(cè)試28-29
• 2.4 光催化性能測(cè)試29-30
• 第三章 銳鈦礦型二氧化鈦納米中空球的合成與制備30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 二氧化鈦制備工藝30-33
• 3.2.1 溶膠-凝膠法30-31
• 3.2.2 微乳液法31-32
• 3.2.3 模板法32
• 3.2.4 水熱合成法32-33
• 3.3 水熱合成法制備銳鈦礦型二氧化鈦納米空心球33-38
• 3.3.1 水熱合成法制備工藝33-34
• 3.3.2 X射線衍射分析34
• 3.3.3 比表面積（BET）測(cè)試34-36
• 3.3.4 掃描電鏡分析36-37
• 3.3.5 透射電鏡分析37-38
• 3.4 不同工藝參數(shù)對(duì)二氧化鈦制品的影響38-47
• 3.4.1 水熱反應(yīng)溫度對(duì)樣品的影響38-41
• 3.4.2 水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)樣品的影響41-43
• 3.4.3 水熱反應(yīng)堿液濃度對(duì)樣品的影響43-45
• 3.4.4 煅燒溫度對(duì)樣品的影響45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-50
• 第四章 銳鈦礦型納米空心球及其摻鐵光催化性能研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 光催化實(shí)驗(yàn)50-51
• 4.3 鐵摻雜銳鈦礦型納米中空球的制備51-52
• 4.4 鐵離子摻雜二氧化鈦的表征分析52-55
• 4.4.1 X射線衍射分析52-53
• 4.4.2 透射電子顯微鏡分析53-54
• 4.4.3 電子能譜分析54-55
• 4.5 二氧化鈦空心球光催化實(shí)驗(yàn)探究55-59
• 4.5.1 光催化劑用量對(duì)光催化效率的影響55-56
• 4.5.2 暗反應(yīng)條件下的催化劑吸附反應(yīng)56-57
• 4.5.3 水熱溫度對(duì)光催化性能的影響57-58
• 4.5.4 水熱時(shí)間對(duì)光催化性能的影響58-59
• 4.6 鐵離子摻雜對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響59-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：553080