本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米材料的制備及其光催化性質(zhì)研究

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【摘要】：現(xiàn)當代社會,水污染問題已成為全社會最為關(guān)注且亟待解決的問題之一。在眾多化學材料中,二氧化鈦因其具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)、無毒性、低成本等特點,被認為是最有前途的降解水污染的半導(dǎo)體材料。然而普通二氧化鈦材料卻存在著比表面積小、只在紫外光照射下才有響應(yīng)、光催化過程中光生電子-空穴對復(fù)合率高、在處理水污染問題時后處理不容易分離等缺點。根據(jù)這些特點,我們制備了改性的二氧化鈦材料,主要解決了材料比表面積小和光生電子-空穴對易復(fù)合的問題,并對制備的樣品進行了光催化特性研究,這就是本文的主要研究目標。本文的研究內(nèi)容具體分為以下兩部分:(1)通過高壓靜電紡絲的方法制備二氧化鈦納米材料,通過改變前驅(qū)體溶液配比,同時結(jié)合油/水相分離技術(shù),系統(tǒng)研究了不同種類油的摻入對高壓靜電紡絲材料的形貌和光催化性能的影響,制備出了包括納米粒子、納米纖維、串珠狀納米纖維、多孔纖維和表面粗糙的納米管狀在內(nèi)的多種形貌的二氧化鈦納米材料,并對這些材料進行了光催化測試。結(jié)果表明,不同的納米形貌結(jié)構(gòu)可以通過改變不同種類的油在前驅(qū)體溶液中簡單獲得,有效提高材料的比表面積。和對比樣品純二氧化鈦納米纖維相比,幾乎所有樣品的光催化效果都有不同程度的提高,其中前驅(qū)體溶液中加入了機械泵油的二氧化鈦樣品形貌為表面粗糙的納米管狀結(jié)構(gòu),其比表面積最大,光催化效果最好,降解效率提高了37.1%。此外,我們還對制備的所有樣品進行了光催化循環(huán)測試,在7次循環(huán)之后,這些樣品仍然可以降解90%以上目標污染物,具有很好的穩(wěn)定性和回收再利用性。(2)制備比表面積較大的納米結(jié)構(gòu)是提高二氧化鈦光催化效果的有效途徑,但如果單獨從這一方向出發(fā)提高二氧化鈦光催化效率的做法畢竟效果是有限的。如果能再結(jié)合對二氧化鈦材料進行貴金屬銀單質(zhì)的摻雜改性,尋找到最佳摻銀量,從而提高光生電子-空穴對的有效分離,延長載流子壽命,則可以更進一步提高材料的光催化性能。在這部分,我們首先制備了摻銀量分別為0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的二氧化鈦納米纖維并進行光催化測試,尋找到了單質(zhì)銀的最佳摻雜量為1.5%,再結(jié)合第一部分納米管的制備技術(shù),制備出了銀摻雜量為1.5%的二氧化鈦納米管。和純二氧化鈦納米纖維相比,1.5%-銀/二氧化鈦納米管的光催化效率大幅度提高,在光催化降解羅丹明B作為目標污染物的實驗中效率提高了60.2%。我們的研究證明了高壓靜電紡絲是一種簡單且有遠景的制備多種形貌的納米材料的方法,結(jié)合對二氧化鈦進行貴金屬銀的摻雜改性,可以進一步提高其光催化性能。這將對環(huán)境治理、其他半導(dǎo)體材料的制備等方面產(chǎn)生非常有意義的影響。
【關(guān)鍵詞】：靜電紡絲 二氧化鈦 光催化 油水相分離 摻雜
【學位授予單位】：西北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ134.11;X703
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 納米材料概述13-17
• 1.2.1 納米材料的含義13
• 1.2.2 納米材料的特性13-14
• 1.2.3 納米材料的研究進展14-15
• 1.2.4 幾種典型的納米材料制備方法15-16
• 1.2.5 納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用16-17
• 1.3 光催化技術(shù)17-21
• 1.3.1 光催化技術(shù)簡介17
• 1.3.2 半導(dǎo)體光催化技術(shù)原理17-18
• 1.3.3 影響半導(dǎo)體光催化劑活性的因素18-19
• 1.3.4 二氧化鈦光催化劑的性質(zhì)19-20
• 1.3.5 二氧化鈦光催化劑的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 靜電紡絲技術(shù)21-24
• 1.4.1 靜電紡絲技術(shù)簡介21
• 1.4.2 靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維機理21-22
• 1.4.3 靜電紡絲納米纖維形貌的影響因素22-23
• 1.4.4 靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展前景23-24
• 1.5 本課題的研究意義24-26
• 參考文獻26-31
• 第二章 實驗部分31-35
• 2.1 實驗試劑及藥品31-32
• 2.2 樣品制備裝置32-33
• 2.3 樣品表征手段及光催化性能測試設(shè)備33-35
• 2.3.1 樣品的表征手段33-34
• 2.3.2 光催化性能測試設(shè)備34-35
• 第三章 多種形貌的二氧化鈦納米材料的制備和光催化性質(zhì)研究35-49
• 3.1 實驗制備過程35-36
• 3.1.1 二氧化鈦納米纖維的制備35
• 3.1.2 多種形貌的二氧化鈦納米材料的制備35-36
• 3.2 光催化實驗過程36-37
• 3.2.1 光催化降解不同目標污染物實驗36-37
• 3.2.2 光催化降解羅丹明B的循環(huán)實驗37
• 3.3 結(jié)果及討論37-47
• 3.3.1 二氧化鈦納米材料的形貌表征37-38
• 3.3.2 不同形貌二氧化鈦納米材料組成的機理分析38-40
• 3.3.3 二氧化鈦納米材料的晶型分析40-41
• 3.3.4 二氧化鈦納米材料的光催化性質(zhì)測試41-43
• 3.3.5 二氧化鈦納米材料的光催化結(jié)果分析43-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 參考文獻48-49
• 第四章 摻銀二氧化鈦納米管的制備及其光催化性質(zhì)研究49-62
• 4.1 實驗制備過程49-50
• 4.1.1 摻銀二氧化鈦納米纖維的制備49-50
• 4.1.2 摻銀二氧化鈦納米管的制備50
• 4.2 光催化實驗過程50-51
• 4.3 結(jié)果及討論51-58
• 4.3.1 摻銀二氧化鈦納米纖維/管的形貌及結(jié)晶度表征51-53
• 4.3.2 摻銀二氧化鈦納米管的化學組成53-54
• 4.3.3 摻銀二氧化鈦納米纖維/管的光吸收譜54-55
• 4.3.4 摻銀二氧化鈦納米纖維/管的光催化結(jié)果分析55-58
• 4.4 摻銀二氧化鈦納米管光催化性質(zhì)提高的機理研究58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 參考文獻61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 附錄：攻讀碩士期間發(fā)表的論文64-65
• 致謝65

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