本文關(guān)鍵詞：酞菁敏化二氧化鈦的制備及其光催化性能研究

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【摘要】：酞菁及其衍生物具有良好的熱、光穩(wěn)定性和耐酸堿腐蝕;同時對光譜響應(yīng)范圍寬,催化活性很高。它在電致發(fā)光器件、太陽能電池材料、信息記錄材料和非線性光學(xué)材料等領(lǐng)域中都有很廣泛的潛在應(yīng)用前景。但是酞菁化合物水溶性較差及在溶液中容易團聚,所以這大大限制了酞菁在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。為了解決這個問題,本文制備了帶有親水性基團的酞菁以增加化合物的水溶性,并將酞菁負載至二氧化鈦的表面以減少團聚。以制備的2,9,16,23-四羧基鐵酞菁和2,3,9,10,16,17,23,24-八羧基酞菁鐵敏化的二氧化鈦為光催化劑,分別研究了光催化劑對亞甲基藍、羅丹明B、中性紅、酸性紅和孔雀石綠水溶液的光催化降解過程及其降解動力學(xué)模擬以及對光催化機理的探討。具體內(nèi)容如下:以4-羧基鄰苯二甲酸酐(均苯四甲酸酐)、尿素和六水合氯化鐵(摩爾比為1:25:0.25)為原料,鉬酸銨為催化劑,采用固體熔融法合成2,9,16,23-四羧基鐵酞菁和2,3,9,10,16,17,23,24-八羧基酞菁鐵。將純化后的酞菁鐵敏化二氧化鈦制備光催化材料,并對材料進行一系列的表征測試。UV-Vis和FI-IR對酞菁化合物及光催化劑進行了定性分析;XRD表明二氧化鈦晶型為銳鈦礦型,且酞菁的加入沒有對二氧化鈦的晶型造成改變;N2吸附-脫附測試表明二氧化鈦的比表面積減小,酞菁占據(jù)了表面的活性位點;PL和DRS表明酞菁和二氧化鈦之間發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移且酞菁的加入使得光催化劑的帶隙寬度變窄,二氧化鈦的光吸收范圍由紫外光區(qū)擴展到了可見光區(qū);最后XPS更進一步確定了酞菁的加入在沒有對二氧化鈦元素價態(tài)造成變化的基礎(chǔ)上,是和二氧化鈦表面的基團形成了化學(xué)鍵而不是內(nèi)部中心離子。在對材料進行光催化降解實驗中,選取了亞甲基藍、羅丹明B、中性紅、酸性紅和孔雀石綠為降解底物,研究結(jié)果表明在t=100 min時,光催化劑降解這四種有機染料均有良好的效果。染料降解動力學(xué)曲線擬合表明此光催化降解過程符合一級化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程。實驗中溶液pH對降解效率的影響是在強酸或強堿條件下,降解效果都有所減弱。二氧化鈦粒徑對四羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦光催化劑和八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦光催化劑的影響不同,前者是二氧化鈦粒徑為60 nm時,光催化效果最好;后者是二氧化鈦粒徑為100 nm時,光催化效果最好。最后對降解機理進行了探討,采用叔丁醇、對苯醌、硝酸銀和乙二胺四乙酸為捕獲劑,實驗結(jié)果表明降解過程中的活性自由基為羥基自由基和過氧自由基,以此為反應(yīng)依據(jù)進而推測出了反應(yīng)機理示意圖。
【關(guān)鍵詞】：酞菁敏化二氧化鈦 可見光催化 染料降解 一級反應(yīng)動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.11;O643.36
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 前言11-31
• 1.1 背景11-12
• 1.2 納米TiO_2概述12-17
• 1.2.1 二氧化鈦納米材料光催化機理12-15
• 1.2.2 二氧化鈦納米材料的表面修飾15-17
• 1.2.2.1 金屬增感劑15
• 1.2.2.2 有機染料增感劑15-16
• 1.2.2.3 半導(dǎo)體增感劑16-17
• 1.3 酞菁概述17-21
• 1.3.1 酞菁的合成18-21
• 1.4 酞菁敏化二氧化鈦催化劑概述21-23
• 1.5 課題的選題思路和研究內(nèi)容23-25
• 參考文獻25-31
• 第二章 實驗方法及其原理31-35
• 2.1 實驗儀器及試劑31-32
• 2.1.1 實驗儀器31
• 2.1.2 實驗試劑及藥品31-32
• 2.2 樣品與材料的制備及表征方法32-34
• 2.2.1 樣品與材料的制備32-33
• 2.2.1.1 酞菁鐵的固相合成法制備32-33
• 2.2.1.2 催化劑材料的制備33
• 2.2.2 樣品與材料的表征方法33-34
• 2.3 催化劑對染料溶液的降解動力學(xué)研究34-35
• 第三章 2, 9, 16, 23-四羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑的制備及光催化性能研究35-57
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實驗36-51
• 3.2.1 實驗步驟和方案36-37
• 3.2.1.1 四羧基酞菁鐵的合成36-37
• 3.2.1.2 四羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦37
• 3.2.2 材料特性表征37-44
• 3.2.2.1 紫外光譜（UV-Vis）和紅外光譜(FI-IR)定性分析37-38
• 3.2.2.2 X射線衍射（XRD）表征38-39
• 3.2.2.3 N_2吸附-脫附曲線表征39-40
• 3.2.2.4 SEM形貌表征40-41
• 3.2.2.5 光致發(fā)光（PL）表征41
• 3.2.2.6 紫外-可見漫反射光譜（DRS）表征41-42
• 3.2.2.7 X射線光電子能譜（XPS）表征42-44
• 3.2.3 可見光催化性能的研究44-51
• 3.2.3.1 光催化降解反應(yīng)裝置圖44
• 3.2.3.2 對羅丹明B（RB）的光催化性能研究44-47
• 3.2.3.3 對亞甲基藍（MB）的光催化性能研究47-50
• 3.2.3.4 對多種有機染料的光催化性能研究50-51
• 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻52-57
• 第四章 2, 3, 9, 10, 16, 17, 23, 24 -八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦催化劑的制備及光催化性能研究57-75
• 4.1 前言57-58
• 4.2 實驗部分58-71
• 4.2.1 實驗步驟和方案58-59
• 4.2.1.1 八基酞菁鐵的合成58-59
• 4.2.1.2 2, 3, 9, 10, 16, 17, 23, 24 -八羧基酞菁鐵敏化二氧化鈦59
• 4.2.2 材料特性表征59-64
• 4.2.2.1 對材料進行紫外（UV-Vis）和紅外(FI-IR)定性分析59-60
• 4.2.2.2 X射線衍射（XRD）表征和N_2吸附-脫附曲線表征分析60-61
• 4.2.2.3 光致發(fā)光（PL）表征61-62
• 4.2.2.4 紫外-可見漫反射光譜（DRS）表征62-63
• 4.2.2.5 X射線光電子能譜（XPS）表征63-64
• 4.2.3 可見光催化性能的研究64-71
• 4.2.3.1 光催化降解反應(yīng)裝置圖64-65
• 4.2.3.2 對羅丹明B（RB）的光催化性能研究65-67
• 4.2.3.3 對亞甲基藍（MB）的光催化性能研究67-69
• 4.2.3.4 對多種有機染料的光催化性能研究69-71
• 4.2.3.5 催化劑的循環(huán)利用實驗71
• 本章小結(jié)71-73
• 參考文獻73-75
• 第五章 總結(jié)75-79
• 5.1 課題總結(jié)75
• 5.2 反應(yīng)機理探討75-78
• 參考文獻78-79
• 碩士期間發(fā)表的文章79-80
• 致謝80

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