本文關鍵詞：鈷、鎳摻雜二氧化鈦納米材料的制備及其光催化性能研究

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【摘要】：近年來,隨著工業(yè)的發(fā)展和新興行業(yè)的迅速崛起,環(huán)境問題和能源危機也愈發(fā)嚴重,這給社會安定帶來了巨大隱患,因而尋求成本低、安全性高、綠色環(huán)保、高效的新材料是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。在室溫下,二氧化鈦納米材料利用太陽光就能將有機污染物降解,通過一系列的化學反應將污染物轉(zhuǎn)化成無污染的物質(zhì),因而二氧化鈦在水體凈化、空氣凈化和自清潔等領域有良好的應用前景。雖然二氧化鈦在光催化技術中有諸多優(yōu)勢,但是也存在禁帶寬、對自然光的利用率低、吸收光閾值高等缺點,因此對二氧化鈦納米材料進行改性成為必然。本文針對以上問題,通過調(diào)整制備工藝和改性摻雜等方法來提高二氧化鈦的光催化活性,主要研究內(nèi)容如下:(1)利用共沉淀法結合水熱煅燒法制備出納米尺寸的二氧化鈦。通過單因素實驗研究水熱反應時間、水熱反應溫度、煅燒時間和煅燒溫度等因素對二氧化鈦光催化活性的影響。通過正交實驗選擇出最佳工藝條件,并研究水熱時氫氧化鈉濃度對亞甲基藍降解率的影響。實驗結果表明,最佳工藝條件為:水熱反應時間12h,水熱反應溫度150℃,煅燒時間4h,煅燒溫度500℃,NaOH溶液濃度10mol/L,在此條件下合成出的樣品光催化活性最高,對亞甲基藍的降解率達90.39%。(2)在最佳工藝條件下,利用同樣的方法合成出鈷離子摻雜和鎳離子摻雜的二氧化鈦納米材料,通過光催化實驗測定金屬離子摻雜量對亞甲基藍降解率的影響。通過XRD、SEM、TEM和EDS表征分析樣品的晶型、粒徑大小、微觀形貌結構和所含元素。實驗結果表明:在鈷離子摻雜的樣品中,1%Co-TiO_2對亞甲基藍降解率最高(95.05%),比純二氧化鈦高4.66%;在鎳離子摻雜的樣品中,2%Ni-TiO_2對亞甲基藍降解率最高(98.72%),比純二氧化鈦高8.33%。XRD結果表明,在最佳工藝條件下合成的純TiO_2、Co-TiO_2和Ni-TiO_2均是單一的銳鈦礦相。從TEM圖中可以看到Co-TiO_2和Ni-TiO_2的形貌為片狀,大部分粒子尺寸為15-25nm。由EDS分析可以確定鈷離子、鎳離子已成功摻入到二氧化鈦晶格之中。(3)在最佳工藝條件下合成Co/Ni-TiO_2,研究不同鈷離子和鎳離子摻雜量對TiO_2光催化性能的影響,并通過XRD、SEM和TEM對樣品進行表征分析。實驗結果表明:適量的鈷離子、鎳離子共摻雜可以提高二氧化鈦的光催化性能,1.4%Co-2%Ni-TiO_2的光催化活性最高,對亞甲基藍的降解率達96.81%,比純二氧化鈦高6.42%。由XRD衍射圖像和衍射環(huán)可以推斷Co/Ni-TiO_2是銳鈦礦相,(101)晶面衍射峰尖銳,樣品結晶性好。從SEM和TEM圖中可以看到樣品粒徑大多數(shù)在15-25nm之間,微觀形貌結構為片狀。
【關鍵詞】：二氧化鈦 摻雜改性 光催化 亞甲基藍
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.11;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 二氧化鈦簡介13-15
• 1.2.1 二氧化鈦的晶體結構13-14
• 1.2.2 二氧化鈦的性質(zhì)14-15
• 1.3 納米材料15-16
• 1.3.1 納米技術與納米材料15-16
• 1.3.2 納米材料的現(xiàn)狀及發(fā)展16
• 1.4 二氧化鈦的制備方法16-20
• 1.4.1 溶膠凝膠法17
• 1.4.2 共沉淀法17-18
• 1.4.3 水熱合成法18-19
• 1.4.4 模板法19
• 1.4.5 陽極氧化法19-20
• 1.5 二氧化鈦的實際應用20-25
• 1.5.1 二氧化鈦光催化原理20-22
• 1.5.2 污水處理22
• 1.5.3 染料敏化電池22-23
• 1.5.4 防霧自清潔23-24
• 1.5.5 凈化空氣24
• 1.5.6 化妝品24-25
• 1.6 二氧化鈦的改性25-27
• 1.6.1 金屬離子摻雜25-26
• 1.6.2 非金屬離子摻雜26
• 1.6.3 共摻雜改性26-27
• 1.7 正交實驗27
• 1.8 本論文研究的意義與工作內(nèi)容27-28
• 第2章 實驗材料及表征方法28-32
• 2.1 實驗設備及藥品28-29
• 2.1.1 實驗設備28-29
• 2.1.2 實驗藥品29
• 2.2 納米材料的制備過程29-30
• 2.3 光催化性能測試方法30
• 2.4 材料表征方法30-32
• 2.4.1 透射電子顯微鏡（TEM）30-31
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）31
• 2.4.3 X射線衍射儀（XRD）31
• 2.4.4 能譜儀（EDS）31-32
• 第3章 純TiO_2的光催化性能32-48
• 3.1 實驗設計32
• 3.2 純TiO_2納米材料的制備32-33
• 3.3 影響TiO_2光催化活性的因素33-41
• 3.3.1 水熱反應時間的影響33-35
• 3.3.2 水熱反應溫度的影響35-37
• 3.3.3 煅燒時間的影響37-39
• 3.3.4 煅燒溫度的影響39-41
• 3.4 正交實驗41-44
• 3.5 水熱時堿性介質(zhì)濃度的選擇44-46
• 3.6 本章小結46-48
• 第4章 Co-TiO_2和Ni-TiO_2的光催化性能48-61
• 4.1 實驗設計48
• 4.2 Co-TiO_2和Ni-TiO_2的制備48-49
• 4.3 Co-TiO_2和Ni-TiO_2的光催化性能49-53
• 4.4 Co-TiO_2和Ni-TiO_2的表征53-60
• 4.4.1 X射線衍射分析53-55
• 4.4.2 掃描電鏡分析55-56
• 4.4.3 透射電鏡分析56-58
• 4.4.4 能譜分析58-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第5章 Co/Ni-TiO_2的光催化性能61-70
• 5.1 實驗設計61
• 5.2 Co/Ni-TiO_2的制備61-62
• 5.3 Co/Ni-TiO_2的光催化性能62-64
• 5.4 不同摻雜濃度下TiO_2的光催化性能比較64-66
• 5.5 Co/Ni-TiO_2的表征66-69
• 5.5.1 X射線衍射分析66-67
• 5.5.2 掃描電鏡分析67-68
• 5.5.3 透射電鏡分析68-69
• 5.6 本章小結69-70
• 第6章 結論與展望70-72
• 6.1 結論70
• 6.2 展望70-72
• 參考文獻72-79
• 致謝79

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