水體污染造成的食品安全及人類健康問題已逐漸引起人們的關(guān)注,其中的持久性有機污染物更是穩(wěn)定且難以徹底清除,因而高效的有機污染物處理技術(shù)亟需發(fā)展。二氧化鈦(TiO_2)半導(dǎo)體光催化技術(shù)能將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO_2)和水(H_2O)等無污染的小分子,因而極具應(yīng)用潛力。但納米TiO_2光催化劑在實際應(yīng)用過程中任然存在諸如回收再利用困難以及太陽光譜響應(yīng)范圍窄的問題。為了解決這些問題,本論文基于光催化主體TiO_2,引入磁性納米材料,合成了多功能鈦基復(fù)合光催化劑,賦予其可分離回收的能力。同時,通過合理的結(jié)構(gòu)調(diào)控以及與銀納米顆粒(AgNPs)、氮化碳(C_3N_4)和上轉(zhuǎn)換納米材料NaYF_4:Yb,Tm(UCNP)結(jié)合,使其具有更好的太陽光利用能力。最后,本文選擇極具代表性的水體有機污染物甲基橙(methyl orange,MO)等染料作為降解模型,研究了所制備的復(fù)合材料的光催化降解能力。具體研究內(nèi)容如下:1.花狀核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑Fe_3O_4@nanosheet-TiO_2(Fe_3O_4@ns-TiO_2)的構(gòu)建合成及其對有機污染物的紫外(UV)光催化降解研究。通過水熱法合成了Fe_3O_4納米顆粒,然后基于溶膠-凝膠法獲得了三明治核殼結(jié)構(gòu)Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2,成功的將磁性組分引入。再通過堿液水熱刻蝕并輔以離子交換和煅燒處理的方法制備了花狀的核殼微球Fe_3O_4@ns-TiO_2,并對其形貌及結(jié)構(gòu)等進行了相關(guān)的表征分析。在MO的光催化降解實驗中,復(fù)合光催化劑顯示出了強于Fe_3O_4@hollow-TiO_2(Fe_3O_4@h-Ti O_2)的紫外光催化活性,且其光催化降解速率常數(shù)k是商業(yè)P25的1.64倍。進一步實驗研究表明制備的Fe_3O_4@ns-TiO_2光催化劑具有良好的可回收再利用性能。2.可見(VIS)光增強光催化活性的復(fù)合光催化劑Fe_3O_4@ns-TiO_2/Ag/C_3N_4的構(gòu)建合成及其對有機物的光催化降解研究。通過化學(xué)還原方法在Fe_3O_4@ns-TiO_2中的TiO_2納米片表面沉積上了5±3 nm的AgNPs,然后與尿素混合在高溫下煅燒處理,獲得了Fe_3O_4@ns-TiO_2/Ag/C_3N_4。MO光降解實驗表明,該復(fù)合光催化劑具有可見光增強的光催化活性,且其在全波長光照射下的k值為0.12723 min~(-1),是Fe_3O_4@ns-TiO_2的2.36倍,更是P25的3.64倍。該復(fù)合光催化劑任然保持了良好的回收再利用性能。最后推測了Fe_3O_4@ns-TiO_2/Ag/C_3N_4的可見光催化機理:即在VIS光照射下,C_3N_4產(chǎn)生光生電子且定向遷移到TiO_2或被AgNPs捕獲后轉(zhuǎn)移到TiO_2而產(chǎn)生光催化降解作用;同時,沉積在TiO_2表面的AgNPs起到了電子傳導(dǎo)橋的重要作用,其表面的等離子體共振效應(yīng)也可以增強可見光吸收。3.近紅外(NIR)光增強光催化活性的復(fù)合光催化劑(Fe_3O_4-UCNP)@TiO_2的構(gòu)建合成及其對有機物的光催化降解研究。通過一種靜電相互作用與溶膠-凝膠法相結(jié)合的新方法,設(shè)計合成了復(fù)合光催化劑(Fe_3O_4-UCNP)@TiO_2。在全波長光催化降解實驗中,該復(fù)合光催化劑能在50 min內(nèi)將溶液中的亞甲基藍(methylene blue,MB)降解71.7%,光降解速率常數(shù)是P25的1.65倍。NIR光催化實驗結(jié)果和光學(xué)性質(zhì)的測試分析表明,該復(fù)合光催化劑能夠通過UCNP將近紅外光轉(zhuǎn)換為紫外光間接的驅(qū)動TiO_2產(chǎn)生光催化降解作用。最后的磁滯回線表征及循環(huán)實驗結(jié)果表明所制備的(Fe_3O_4-UCNP)@TiO_2光催化劑也具有良好的回收再利用性能。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X592;O643.36
【部分圖文】：

第一章 緒論（conduction band，CB）上成為光生電子（e-）；”，即為光生空穴（h+）。該帶間躍遷過程成功的產(chǎn)2半導(dǎo)體電子能帶的不連續(xù)性，激發(fā)產(chǎn)生的電子和）[25]。它們會通過擴散的方式進行以下兩種可能復(fù)合，即電子空穴對在遷移途中發(fā)生的體內(nèi)復(fù)合，并通過熱量或發(fā)光的方式釋放能量；二是光生電催化反應(yīng)，形成中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物，即表面吸附還原反應(yīng)，或者遷移到表面的空穴奪取吸附物質(zhì)

三維樹枝狀 TiO2納米結(jié)構(gòu)的 SEM 圖：納米棒（a-c）、納米帶（d-f）和納米線（g-i）元構(gòu)成的三維 TiO2微球-2 SEM images of 3D dendritic TiO2nanostructures: 3D TiO2microspheres with nanorod bunits(a-c), with nanoribbon building Units (d-f) and with nanowire building units (g-i)iO2光譜響應(yīng)范圍延展概況陽是人類最主要的能量來源之一，每年到達地球表面的能量大約相當(dāng)于全數(shù)的一萬倍。如果能有效利用太陽光作為清潔可持續(xù)能源，能為人類創(chuàng)造且減少污染的時代。因而，對于環(huán)境污染嚴重、能源枯竭的今天，充分利行半導(dǎo)體光催化技術(shù)是具有重要現(xiàn)實意義的。眾所周知，UV 光能量不超的 5%，而 VIS 光和 NIR 光含有大約 90%的太陽光能量。TiO2由于其較寬eV），只能被進入地球上的太陽光譜中的約 5%的紫外線或近紫外線輻射激作用。近幾十年來，為了有效地利用太陽光譜中涵蓋的其它光區(qū)，許多研 或 NIR 光響應(yīng)光催化劑的設(shè)計和開發(fā)之路上努力前行著。見光區(qū)增強光催化

Fe3O4@ns-TiO2光催化材料的合成過程示意圖
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 郭婷;謝春燕;秦吉龍;張青;童志平;孟濤;;光控親/疏水轉(zhuǎn)換的硅鈦核殼型微顆粒制備易清洗防曬霜研究[J];功能材料;2015年01期

2 彭亞拉;張睿梅;;我國水污染加劇及水生態(tài)破壞致食品安全堪憂[J];環(huán)境保護;2007年18期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王平;不同形貌TiO_2納米材料的合成及其光電性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2009年

本文編號：2840708