本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及其光催化降解有機(jī)物的研究

  更多相關(guān)文章： 二氧化鈦 石墨烯 硫化鎘 納米復(fù)合材料 光催化降解

【摘要】：近些年,光催化降解技術(shù)是非常熱門的研究方向。廢氣和廢水中各種有機(jī)和無機(jī)污染物在光催化作用下能被完全礦化成CO_2和H_2O,并且具有二次污染小、反應(yīng)條件溫和、催化劑可重復(fù)利用、能耗低等多個(gè)優(yōu)點(diǎn),因此成為當(dāng)前環(huán)境技術(shù)研究的熱點(diǎn)。其中,TiO_2是一種價(jià)格低廉、綠色環(huán)保、吸光能力強(qiáng)的半導(dǎo)體光催化劑,可以利用太陽光進(jìn)行光催化降解,使有機(jī)和無機(jī)大分子污染物成為小分子無機(jī)物,如CO_2和H_2O等,所以TiO_2在污染物的防治中被大量使用。但是由于TiO_2的禁帶寬度為3.2eV,相對較大,只能吸收波長小于380nm的紫外光能量,而紫外光在太陽發(fā)出的光中只占約5%,可見光在太陽光中所占比例約為50%,但TiO_2無法利用這些能量,可見TiO_2對光響應(yīng)雖然敏銳,但其太陽光利用率偏弱。而且Ti O_2受光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子-空穴對很容易發(fā)生復(fù)合,降低TiO_2的光催化效率。近年來,科研工作者們致力于對TiO_2的性能進(jìn)行改良,改良的主要方法為與貴金屬復(fù)合、離子摻雜、形成異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合光催化材料等,使得TiO_2的光催化性能得到了很大的提高。為了更好地利用TiO_2光催化技術(shù)來處理廢水,提高它的催化效率,從而將TiO_2半導(dǎo)體材料進(jìn)行改性。通過制備介孔納米結(jié)構(gòu)增大比表面積,降低電子空穴復(fù)合率;通過與其他半導(dǎo)體材料進(jìn)行耦合,擴(kuò)寬光響應(yīng)范圍。本論文中將制備而成的石墨烯/TiO_2和CdS/Ti O_2納米復(fù)合材料用來降解有機(jī)物,同時(shí)以在可見光下降解甲基橙為模型反應(yīng),考察了復(fù)合材料的構(gòu)成對光催化活性的不同影響。具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:1、以二羥基乳酸絡(luò)鈦酸銨(TALH)為鈦源,以氧化石墨烯為載體,采用水熱法合成了石墨烯/TiO_2光催化劑納米復(fù)合材料,并通過改變尿素的用量來控制石墨烯/TiO_2光催化劑納米復(fù)合材料的顆粒尺寸、晶型和光催化效果的高低。通過用所制備的石墨烯/TiO_2光催化劑納米復(fù)合材料進(jìn)行光催化降解甲基橙,以及對樣品的XRD和SEM性能表征表明,當(dāng)尿素的用量為9.0g時(shí),石墨烯/TiO_2光催化劑納米復(fù)合材料的光催化效果最好。并通過控制尿素的含量來調(diào)節(jié)銳鈦礦和板鈦礦這兩種晶型的比例。采用XRD、UV-Vis、XPS、SEM方法表征所合成的樣品,并測試了不同比例的雙晶TiO_2/還原氧化石墨烯光催化材料在模擬太陽光下降解甲基橙(MO)的活性。測試結(jié)果表明:尿素含量為0.6g時(shí),合成的復(fù)合材料為銳鈦礦TiO_2/還原氧化石墨烯(TiA100/G),當(dāng)尿素含量增加到42g時(shí),產(chǎn)品為板鈦礦TiO_2/還原氧化石墨烯(TiB100/G)。而加入9.0g尿素所生成的產(chǎn)品中銳鈦礦占35%,板鈦礦占65%(TiA35B65/G),這一比例的復(fù)合材料在降解甲基橙的試驗(yàn)中表現(xiàn)出最佳活性。SEM表明,TiA35B65/G是長在G上的球狀銳鈦礦納米顆粒和棒狀的板鈦礦納米顆�；旌衔铩�2、以非離子型表面活性劑P123為模板,采用溶膠-凝膠法制備摻雜不同含量Cd S的介孔TiO_2納米復(fù)合材料。利用X射線衍射(XRD)特征峰的位置鑒定材料的物相;利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察離子的微觀形貌。研究表明,制備的CdS/TiO_2材料的TiO_2晶型主要是具有較高催化活性的銳鈦礦,并且都呈現(xiàn)具有介孔的納米顆粒狀結(jié)構(gòu),這些現(xiàn)象表明介孔CdS/TiO_2納米材料成功的制備。用甲基橙模擬有機(jī)廢水進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)2%介孔Cd S/TiO_2納米材料氙燈照射75min后降解甲基橙的效率達(dá)到了87.5%。它的催化效率與純Ti O_2和CdS的催化效率相比明顯提高。利用凝膠-溶膠法、水熱法合成得到CdS/TiO_2復(fù)合材料,高溫煅燒令其結(jié)晶。用TEM、XRD、UV-Vis分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu),結(jié)果表明CdS位于Tio2內(nèi)部,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這是由于TiO_2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作用和空間局限效應(yīng)造成的。光催化降解甲基橙實(shí)驗(yàn)表明,CdS/TiO_2光催化劑可重復(fù)使用,不是簡單的吸附作用,所以CdS/TiO_2光催化劑可以用于自然界有機(jī)廢水的降解。通過CdS的含量對CdS/TiO_2光催化劑催化效果的影響可以得出,Cd S含量在2%時(shí),光催化降解效果最好�？赡艿慕忉屖�,CdS充分分散在Ti O_2的內(nèi)部,提高電子-空穴的轉(zhuǎn)移速率,從而提高TiO_2光催化的催化效率。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 石墨烯 硫化鎘 納米復(fù)合材料 光催化降解
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;X505
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 半導(dǎo)體光催化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用11-13
• 1.2.1 半導(dǎo)體光催化技術(shù)的發(fā)展11-12
• 1.2.2 TiO_2半導(dǎo)體光催化機(jī)理12-13
• 1.3 TiO_2光催化氧化的影響因素13
• 1.4 TiO_2光催化的改性13-16
• 1.4.1 貴金屬沉積改性14
• 1.4.2 離子摻雜改性14-15
• 1.4.3 光敏化改性15
• 1.4.4 半導(dǎo)體耦合改性15
• 1.4.5 納米結(jié)構(gòu)改性15-16
• 1.4.6 介孔結(jié)構(gòu)改性16
• 1.4.7 石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能16
• 1.5 課題的研究目的及研究內(nèi)容16-19
• 1.5.1 課題的研究目的16-18
• 1.5.2 課題的研究方法18-19
• 第2章 石墨烯/TiO_2光催化劑納米晶體的制備與光催化性能研究19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分19-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器19-20
• 2.2.2 石墨烯/TiO_2光催化劑納米復(fù)合材料的制備20-21
• 2.2.3 材料表征21
• 2.2.4 光催化降解性能研究21-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-29
• 2.3.1 微觀形貌和晶格結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.2 XRD分析24-26
• 2.3.3 UV-vis分析26
• 2.3.4 拉曼光譜分析26-27
• 2.3.5 降解效果分析27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 硫化鎘/二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究30-44
• 3.1 引言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器31
• 3.2.2 材料制備31-33
• 3.2.3 樣品表征33-34
• 3.2.4 光催化降解甲基橙溶液廢水實(shí)驗(yàn)34
• 3.3 結(jié)果與討論34-42
• 3.3.1 CdS/TiO_2復(fù)合材料的表征34-37
• 3.3.2 XRD粉末衍射37
• 3.3.3 樣品的UV-Vis分析37-38
• 3.3.4 BET分析測試38-39
• 3.3.5 光催化劑性能分析39-40
• 3.3.6 光電流分析40-41
• 3.3.7 介孔CdS/TiO_2納米復(fù)合半導(dǎo)體材料光催化降解作用機(jī)理41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 結(jié)論與展望44-45
• 參考文獻(xiàn)45-52
• 攻讀碩士期間獲得研究成果52-53
• 致謝53-54

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