本文關鍵詞：碳纖維負載二氧化鈦光催化材料的制備及其可見光活性研究

  更多相關文章： 光催化 碳纖維 摻雜 二氧化鈦 降解

【摘要】：銳鈦礦型的二氧化鈦(TiO_2)是一種性能優(yōu)良的光催化材料,并且具有高活性、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)勢,所以普遍用于廢水的處理。但以下三方面的缺點限定了納米TiO2粉末在現(xiàn)實生產(chǎn)的應用:(1)半導體TiO2比其他半導體的禁帶寬度要寬(Eg=3.2eV),只有在波長387 nm的紫外光照下,價帶上的電子才能被激發(fā)躍遷到最高能級,因此對太陽能的利用是十分有限的。(2)由光引發(fā)所產(chǎn)生的空穴與電子易于在TiO2表面發(fā)生復合,從而減弱了光量子的功效。(3)粉末狀的納米TiO2存在易失活、易凝集和難以分離回收的問題,這是限制TiO2在現(xiàn)實生產(chǎn)中工業(yè)化的重要原因之一。為克服解決以上TiO2的缺點,首先將其與適合的載體相結合,這就克服解決了其凝聚和回收難的問題。一些吸附能力較強、比表面積相對大的多孔材料常常被作為TiO2的載體使用,常用的催化劑載體有分子篩、陶瓷、玻璃、活性炭、碳纖維等。另一方面,通過多種方法將雜質引入TiO2晶格內,改變其晶體形貌和結構,降低光生電子-空穴對在TiO2表面相遇重新復合的機率,進而提高了催化劑的光催化性能和使用壽命。本文是以九水硝酸鐵為鐵源、尿素為氮源、硫脲為硫源,選擇預處理過的碳纖維(CF)為催化劑的載體,采取簡單的溶膠-凝膠和浸漬提拉方法分別制備了一系列的TiO2/CF、Fe/TiO2/CF、Fe/N/TiO2/CF、Fe/N/S/TiO2/CF復合光催化材料。而且通過檢測分析手段,例如電子掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、X射線衍射光電子能譜(XPS)、紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、比表面積分析(BET),對制備的樣品進行測試分析。在不同光催化實驗條件下,用降解羅丹明B(RhB)溶液的效率高低來評價所制備催化劑的光催化機能的好壞。從樣品表征分析和光催化實驗可知,無論Fe單摻雜還是Fe、N、S共同摻雜,CF和改性TiO2之間的耦合作用使樣品對光的響應范圍從紫外延伸到可見光區(qū),因此,樣品對可見光的利用率得到明顯提高。當Fe/N/Ti的摩爾比為0.1%:0.8%:1、在500℃下煅燒4 h、催化劑用量為0.04 g、RhB濃度為2.0×10-5 mol·L-1,pH值為8.0時,Fe/N/TiO2/CF的可見光催化活性最好,反復使用四次后對RhB的降解率略有下降,但幅度不大。
【關鍵詞】：光催化 碳纖維 摻雜 二氧化鈦 降解
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 光催化原理9
• 1.2 TiO_2光催技術的優(yōu)點及存在的問題9-10
• 1.3 影響TiO_2光催化活性的因素10-11
• 1.3.1 TiO_2晶相的影響10
• 1.3.2 反應溫度的影響10
• 1.3.3 溶液pH大小的影響10
• 1.3.4 TiO_2用量的影響10-11
• 1.3.5 光源的影響11
• 1.4 優(yōu)化TiO_2光催化性能的途徑11-12
• 1.4.1 離子元素摻雜11
• 1.4.2 半導體的復合11
• 1.4.3 表面光敏化11-12
• 1.4.4 貴金屬沉積12
• 1.5 TiO_2的研究現(xiàn)狀12
• 1.6 碳纖維的概述及其應用12-13
• 1.6.1 碳纖維的概述12
• 1.6.2 碳纖維的應用12-13
• 1.7 課題的研究意義及研究內容13-14
• 1.7.1 課題的研究意義13
• 1.7.2 課題研究內容13-14
• 第二章 二氧化鈦/碳纖維復合材料的制備及可見光催化活性的研究14-28
• 2.1 實驗材料及實驗儀器14-15
• 2.2 二氧化鈦負載碳纖維復合材料的制備15-16
• 2.2.1 碳纖維的預處理15
• 2.2.2 二氧化鈦負載碳纖維催化劑的制備15-16
• 2.3 二氧化鈦/碳纖維復合光催化材料的表征16-17
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)16
• 2.3.2 Ｘ射線衍射分析(XRD)16
• 2.3.3 紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)16
• 2.3.4 紅外光譜(FTIR)16
• 2.3.5 N_2吸附-脫附(BET和BJH)16
• 2.3.6 Ｘ射線光電子能譜(XPS)16-17
• 2.4 光催化性能實驗17-18
• 2.4.1 光催化實驗17
• 2.4.2 繪制RhB溶液標準曲線17-18
• 2.5 結果與討論18-27
• 2.5.1 催化劑的表征分析18-22
• 2.5.1.1 SEM分析18-19
• 2.5.1.2 XRD分析19
• 2.5.1.3 XPS分析19-20
• 2.5.1.4 UV-vis分析20-21
• 2.5.1.5 FTIR分析21
• 2.5.1.6 N_2-BET分析21-22
• 2.5.2 制備條件對TiO_2/CF的光催化活性的影響22-24
• 2.5.2.1 溶膠濃度對TiO_2/CF的光催化性能影響22-23
• 2.5.2.2 煅燒溫度對TiO_2/CF的光催化性能影響23-24
• 2.5.3 溶液pH對TiO_2/CF的光催化性能影響24
• 2.5.4 催化劑用量對TiO_2/CF的光催化性能影響24-25
• 2.5.5 不同催化劑對RhB降解率的影響25
• 2.5.6 TiO_2/CF的負載牢度及穩(wěn)定性25-27
• 2.5.7 TiO_2/CF復合光催化劑降解RhB的機理探討27
• 2.6 結論27-28
• 第三章 鐵摻雜二氧化鈦負載碳纖維材料的制備及可見光催化活性的研究28-38
• 3.1 實驗材料及實驗儀器28
• 3.2 鐵摻雜TiO_2負載碳纖維樣品的制備28-29
• 3.3 Fe/TiO_2/CF復合光催化劑的表征29-30
• 3.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)29
• 3.3.2 X射線衍射分析(XRD)29
• 3.3.3 紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)29
• 3.3.4 紅外光譜(FTIR)29
• 3.3.5 N_2吸附-脫附(BET和BJH)29-30
• 3.3.6 X射線光電子能譜(XPS)30
• 3.4 光催化性能測試30
• 3.5 結果與討論30-37
• 3.5.1 催化劑的表征分析30-34
• 3.5.1.1 SEM分析30-31
• 3.5.1.2 XRD分析31
• 3.5.1.3 XPS分析31-32
• 3.5.1.4 UV-Vis DRS分析32-33
• 3.5.1.5 FTIR分析33
• 3.5.1.6 N_2-BET分析33-34
• 3.5.2 制備及實驗條件對Fe/TiO_2/CF的降解效率的影響34-36
• 3.5.2.1 Fe摻雜量對Fe/TiO_2/CF降解效率的影響34-35
• 3.5.2.2 煅燒溫度對Fe/TiO_2/CF光催化性能的影響35
• 3.5.2.3 RhB溶液濃度對降解率的影響35-36
• 3.5.2.4 Fe/TiO_2/CF濃度對降解率的影響36
• 3.5.3 Fe/TiO_2/CF降解RhB的機理問題36-37
• 3.6 小結37-38
• 第四章 混摻型TiO_2負載碳纖維復合光催化劑的制備及可見光性能研究38-55
• 4.1 實驗材料及儀器38-39
• 4.2 碳纖維負載混摻型TiO_2催化劑的制備39-40
• 4.2.1 Fe/N/TiO_2/CF復合光催化劑的制備39
• 4.2.2 Fe/N/S/TiO_2/CF復合光催化材料的制備39-40
• 4.3 碳纖維混摻型TiO_2復合光催化劑的表征40
• 4.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)40
• 4.3.2 X射線衍射分析(XRD)40
• 4.3.3 紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)40
• 4.3.4 紅外光譜分析(FTIR)40
• 4.4 光催化性能測試40-41
• 4.5 結果與討論41-50
• 4.5.1 催化劑的表征41-45
• 4.5.1.1 Fe/N/TiO_2/CF的SEM分析41-42
• 4.5.1.2 UV-Vis DRS42
• 4.5.1.3 FT-IR分析42-43
• 4.5.1.4 XRD分析43-44
• 4.5.1.5 XPS分析44-45
• 4.5.1.6 N_2-BET分析45
• 4.5.2 光催化實驗45-48
• 4.5.2.1 RhB在不同條件下的降解情況46-47
• 4.5.2.2 煅燒溫度的影響47
• 4.5.2.3 催化劑濃度的影響47-48
• 4.5.2.4 不同PH的影響48
• 4.5.3 重復實驗48-49
• 4.5.4 Fe/N/TiO_2/CF光催化降解RhB機理的研究49-50
• 4.6 Fe/N/S/TiO_2/CF的表征及催化性能的分析50-54
• 4.6.1 Fe/N/S/TiO_2/CF的SEM分析50
• 4.6.2 Fe/N/S/TiO_2/CF的XPS分析50-51
• 4.6.3 Fe/N/S/TiO_2/CF的N_2-BET分析51-52
• 4.6.4 Fe/N/S/TiO_2/CF的XRD分析52-53
• 4.6.5 Fe/N/S/TiO_2/CF的UV-Vis分析53
• 4.6.6 Fe/N/S/TiO_2/CF光催化性能效果53-54
• 4.6.7 Fe/N/S/TiO_2/CF光催化機理探討54
• 4.7 小結54-55
• 第五章 結論55-57
• 5.1 研究內容總結55-56
• 5.2 創(chuàng)新點56
• 5.3 工作展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-62
• 作者簡介62
• 攻讀碩士學位期間研究成果62

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沃西源;國內外幾種碳纖維性能比較及初步分析[J];高科技纖維與應用;2000年02期

2 錢水林;;碳纖維表面處理技術探討[J];合成纖維;2008年11期

3 魯學林;王鈞;徐任信;張聯(lián)盟;;碳纖維導電紙及其復合材料的開發(fā)與應用[J];高科技纖維與應用;2008年04期

4 ;一種在碳纖維表面制備碳化硅涂層的方法[J];高科技纖維與應用;2009年05期

5 馬剛峰;徐澤夕;常青;王新欣;劉書鋮;;碳纖維上漿劑的開發(fā)和研究進展[J];現(xiàn)代紡織技術;2012年05期

6 周軍鋒;姜術丹;司彥斌;鄒鑫;張穎;劉文;;造紙用碳纖維專利技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];國際造紙;2012年05期

7 李一;聶俊輝;李楠;柳學全;賈成廠;;鎳覆膜碳纖維的制備與性能研究[J];功能材料;2012年13期

8 李艷;徐衛(wèi)平;張興龍;;碳纖維表面處理的研究進展[J];化纖與紡織技術;2013年03期

9 何秉檉;國內碳纖維研究概況[J];玻璃鋼;1984年02期

10 聶嘉陽;碳纖維研究生產(chǎn)中值得注意的幾個問題[J];宇航材料工藝;1984年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚江薇;于偉東;;碳纖維斷面結構觀察[A];復合材料——基礎、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復合材料學術會議論文集（上）[C];2006年

2 于偉東;姚江薇;;碳纖維的表面處理及其時間效應[A];復合材料——基礎、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復合材料學術會議論文集（上）[C];2006年

3 陳發(fā)橋;王繼輝;冀運東;張彥文;;碳纖維表面處理對聚合物基復合材料電性能的影響[A];第六屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（2）[C];2007年

4 張淑斌;劉福杰;王浩靜;孟令瑤;;等離子體技術在碳纖維表面處理中的應用[A];第17屆全國復合材料學術會議（納米復合材料與界面分論壇）論文集[C];2012年

5 李靈聰;王麗麗;于運花;楊小平;;碳纖維表面性質及其環(huán)氧樹脂基復合材料濕熱性能研究[A];2013年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題L：高性能樹脂[C];2013年

6 冀克儉;張以河;汪信;張復濤;張銀生;;碳纖維的臭氧表面處理及其XPS表征[A];加入WTO和中國科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機遇、責任和對策（下冊）[C];2002年

7 齊志軍;孫浩;李健卓;;碳纖維氣相表面處理的方法[A];低碳經(jīng)濟與科學發(fā)展——吉林省第六屆科學技術學術年會論文集[C];2010年

8 張美云;鐘林新;劉正偉;;碳纖維表面氧化改性的研究[A];中國造紙學會第十三屆學術年會論文集（下）[C];2008年

9 馬金瑞;趙龍;李敏;張佐光;;幾種碳纖維表面能差異性研究[A];第17屆全國復合材料學術會議（納米復合材料與界面分論壇）論文集[C];2012年

10 王慧;林群芳;周曉東;;可針對不同性質基體自適應構建強相互作用的碳纖維表面改性方法[A];2012年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集（下冊）[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 柴英新;碳纖維補強加固混凝土結構有較長安全壽命[N];中國建材報;2007年

2 陳金昌 鐘雪華 金燦華;碳纖維結構加固技術在舊房改建中的應用[N];中華建筑報;2006年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 范大鵬;臨界條件下碳纖維表面清洗及氧化的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

2 李素敏;結構—儲能型碳纖維/環(huán)氧樹脂基復合材料的制備及性能研究[D];江蘇大學;2015年

3 顧紅星;國產(chǎn)T800碳纖維表征分析及樹脂基復合材料性能研究[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2015年

4 劉志高;氯化鋅活化木材液化物碳纖維孔形成歷程與吸附特性[D];北京林業(yè)大學;2016年

5 郭慧;碳纖維表面能、表面粗糙度及化學組成的表征[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

6 張建輝;竹材液化物碳纖維的制備、結構與性能表征[D];北京林業(yè)大學;2011年

7 喻冬秀;包覆型短碳纖維的制備和電磁性能的研究[D];華南理工大學;2007年

8 田艷紅;硼催化法制備高模碳纖維工藝及機理的研究[D];北京化工大學;1997年

9 張煥俠;碳纖維表面和界面性能研究及評價[D];東華大學;2014年

10 夏存娟;涂層碳纖維鎂基復合材料的界面控制[D];上海交通大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋興來;高溫高壓氨水改性碳纖維的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

2 范大鵬;超臨界二氧化碳對碳纖維的表面處理[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

3 林楓;缺陷損傷對碳纖維的強度以及模量的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

4 楊波;碳纖維布增強C_f/Al復合材料的制備與性能研究[D];昆明理工大學;2015年

5 莊嚴;碳纖維表面改性的研究[D];昆明理工大學;2015年

6 尚國秀;碳纖維水泥基復合材料纖維分散性及導電性能試驗研究[D];鄭州大學;2015年

7 張夏明;酚醛樹脂表面改性碳纖維界面行為與炭化工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

8 王梓橋;碳纖維表面BAPPO改性及其復合材料界面耐原子氧性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

9 陳麗;碳纖維微觀結構表征與性能分析[D];西南科技大學;2015年

10 趙亮;硼系催化劑對碳纖維結構和性能的影響[D];北京化工大學;2015年

，

本文編號：986247