【摘要】：近年來(lái),水體污染已經(jīng)成為各國(guó)政府和人民普遍關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題之一。尤其隨著紡織印染工業(yè)的迅速發(fā)展,印染廢水因其水量大,染料有機(jī)物濃度高?凈化處理困難等特點(diǎn)成為水污染的主要來(lái)源之一。印染廢水的處理方法主要包括物理吸附法?電解法?氧化法?凝聚法以及生物法等。其中光催化氧化方法因其具有成本低?快速且高效等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到了研究者們的廣泛關(guān)注。光催化氧化方法的核心是光催化劑,如何通過(guò)設(shè)計(jì)制備出低成本?高活性且高太陽(yáng)光利用率的光催化劑就成為了很多研究光催化領(lǐng)域的科研工作者們一直努力的方向。鈦基半導(dǎo)體材料如金紅石型二氧化鈦(TiO_2)、鈦酸鍶(SrTiO_3)和鈦酸鈣(CaTiO_3)等由于具有環(huán)境友好?物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)成為光催化劑家族中重要成員之一。但鈦基納米半導(dǎo)體材料(金紅石型TiO_2、SrTiO_3和CaTiO_3)作為寬帶隙半導(dǎo)體,只對(duì)紫外光有很好的響應(yīng),這極大限制了其對(duì)太陽(yáng)光的利用率。此外,在拓展鈦基光催化劑光吸收范圍的同時(shí),如何進(jìn)一步提高其光催化活性及光穩(wěn)定性也成為研發(fā)新型高效?光穩(wěn)定性良好的可見(jiàn)光響應(yīng)型鈦基光催化劑亟需解決的難題之一。為了進(jìn)一步拓展鈦基光催化劑的光吸收范圍和提高光催化劑的催化活性,本文首先通過(guò)系統(tǒng)的工藝研究,確定了靜電紡絲制備鈦基納米纖維的最佳工藝條件,進(jìn)而通過(guò)一步靜電紡絲法制備了具有異質(zhì)結(jié)的SrTiO_3修飾金紅石型TiO_2復(fù)合納米光催化劑,并進(jìn)一步探討了復(fù)合光催化劑中異質(zhì)結(jié)的存在對(duì)催化活性影響;然后再通過(guò)設(shè)計(jì)將窄帶隙的Ag_3PO_4半導(dǎo)體與寬帶隙的SrTiO_3半導(dǎo)體進(jìn)行匹配并形成具有異質(zhì)結(jié)的復(fù)合光催化劑,并進(jìn)一步探討了Ag_3PO_4敏化SrTiO_3后對(duì)其光吸收范圍及光催化活性的影響;此外,還通過(guò)設(shè)計(jì)在CaTiO_3納米纖維上生長(zhǎng)MoS_2納米片復(fù)合光催化劑,并探討MoS_2納米片作為助催化劑的引入對(duì)其光催化活性的影響。主要研究的內(nèi)容和成果如下:1.通過(guò)對(duì)施加電壓?接收距離?熱處理溫度以及熱處理過(guò)程的升溫速率等靜電紡絲制備方法的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化來(lái)進(jìn)一步探討其對(duì)制備的鈦基納米光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)和纖維形貌的影響。研究結(jié)果表明,熱處理溫度為700°C時(shí)可以成功制備一維金紅石型TiO_2納米纖維?SrTiO_3納米纖維和CaTiO_3納米纖維。2.通過(guò)設(shè)計(jì)一步靜電紡絲法,成功制備了具有異質(zhì)結(jié)的一維SrTiO_3修飾金紅石型TiO_2的復(fù)合納米纖維光催化劑,并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,與單相TiO_2納米纖維相比,在紫外光輻照下,一維SrTiO_3/TiO_2(金紅石型)(ST-3)異質(zhì)結(jié)復(fù)合納米纖維樣品對(duì)甲基橙具有最大的降解率,其降解率約是單相金紅石型TiO_2的2倍。3.通過(guò)設(shè)計(jì)將靜電紡絲技術(shù)和原位沉積技術(shù)相結(jié)合,成功制備了具有異質(zhì)結(jié)的一維Ag_3PO_4敏化的SrTiO_3復(fù)合納米纖維光催化劑,并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,Ag_3PO_4的引入既可以進(jìn)一步拓展SrTiO_3的光吸收范圍至可見(jiàn)光區(qū),同時(shí)又可以和SrTiO_3進(jìn)行很好的匹配形成異質(zhì)結(jié),而異質(zhì)結(jié)可以通過(guò)有效的抑制光生電子-空穴的復(fù)合進(jìn)而提高其對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)活性。在可見(jiàn)光照射下,與SrTiO_3納米纖維相比,Ag_3PO_4/SrTiO_3(3AS)復(fù)合納米纖維光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)有更加優(yōu)異的光催化降解活性,降解活性約是單相SrTiO_3納米纖維的10倍。4.通過(guò)設(shè)計(jì)將靜電紡絲技術(shù)和水熱技術(shù)相結(jié)合,成功在CaTiO3納米纖維上生長(zhǎng)MoS2納米片復(fù)合光催化劑,并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,和單相CaTiO_3光催化劑相比,在氙燈的輻照下,MoS_2/CaTiO_3(MC-3)異質(zhì)結(jié)復(fù)合納米纖維光催化劑具有更高的催化降解羅丹明B的活性。這主要?dú)w因于MoS_2作為助催化劑可以通過(guò)MoS_2與CaTiO_3之間形成的異質(zhì)結(jié)快速將光生電子傳遞出去,阻礙光生空穴與之復(fù)合,進(jìn)而提高光催化活性;此外,由于MoS_2納米片表面積較大使其參與反應(yīng)的面積也會(huì)隨之增大,而增大反應(yīng)面積對(duì)提高光催化活性也有較為重要的影響。5.通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)制備的鈦基異質(zhì)結(jié)復(fù)合納米纖維進(jìn)行多次光催化循環(huán)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估其光穩(wěn)定。研究結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)多次循環(huán)光催化實(shí)驗(yàn)其催化活性降低只有不到10%,這對(duì)于未來(lái)應(yīng)用于處理實(shí)際染料廢水很有應(yīng)用前景。
【圖文】：

以硅為襯底,并將鈷納米粒子作為催化劑分散在硅表面上制備出了垂直于硅片生長(zhǎng)的 ZnO納米線,如圖 1.1 所示。圖1.1 (a) 在n型硅襯底上生長(zhǎng)排列有序的納米線的掃描電鏡圖,(b) 排列有序的納米線的高分辨掃描電鏡圖[24]Fig. 1.1 SEM image of (a)well-aligned nanowires grown on n-type siliconsubstrateand, (b) amagnified SEM image of well-aligned nanowires1.2.2.2 水熱法水熱法(Hydrothermal Method)一般是指對(duì)室溫條件下不溶或難溶的化合物，，創(chuàng)造一個(gè)高溫 高壓的環(huán)境，能夠讓其充分溶解并發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)還可以通過(guò)調(diào)整壓強(qiáng)，溫度、使溶液處于飽和狀態(tài)進(jìn)而生長(zhǎng)出晶體的制備一維納米材料的方法。水熱法制備一維納米材料的特點(diǎn)主要是,水熱反應(yīng)溫度都對(duì)較低，操作比較簡(jiǎn)單，并且制備的一維納米材料又具有良好的結(jié)晶度等。水熱法影響因素主要有：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及升溫速率等[25]。

浙江理工大學(xué)博士學(xué)位論文 靜電紡絲制備鈦基異質(zhì)結(jié)復(fù)合納米纖維及其光催化性能研Dumrongrojthanath 等人[26]采用水熱法在 180 °C 下,經(jīng)過(guò) 20 h 制備了 Ce 摻雜 MoO3納米經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在可見(jiàn)光照射下,Ce 摻雜 MoO3得到的光催化劑較單相 MoO3對(duì)亞甲基(MB)有更好的光催化活性，尤其3 wt% Ce摻雜的MoO3納米帶可以在50 min內(nèi)降解94.8的亞甲基藍(lán)(MB)。Viet 等人[27]采用一步水熱法制備了 SnO2納米粒子修飾的 TiO2納米(TNTs),如圖 1.2 所示。具體制備過(guò)程是將 TiO2粉體溶于 NaOH 溶液中,然后分別加入前制備的 SnO2前驅(qū)體材料,然后分別得到 2 % SnO2/TNTs、5 % SnO2/TNTs、10 % SnO2/T和 15 % SnO2/TNTs 的混合物，然后將上述多種混合物分別轉(zhuǎn)移到不銹鋼高壓釜中，135 °C 下加熱 24h,自然冷卻到室溫,最后通過(guò)加入鹽酸和去離子水使 pH 值為 7,再經(jīng)80 °C 下干燥 5 h 得到一系列具有異質(zhì)結(jié)的 SnO2/TNTs 一維納米材料。并經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)通水熱法制備的異質(zhì)結(jié)的 SnO2/TNTs 一維納米材料具有良好的光催化性能。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O643.36;TQ340.64

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 許穎;卜修明;王朋朋;王丁;王現(xiàn)英;;二維MoS_2納米材料的制備及在光催化中的應(yīng)用進(jìn)展[J];電子元件與材料;2015年09期

2 滕樂(lè)天;趙康;王紅珍;湯玉斐;;靜電紡絲技術(shù)制備TiO_2/NiO復(fù)合中空納米纖維及光催化性能[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年12期

3 孟姝虔;周德鳳;朱曉飛;楊國(guó)程;李朝輝;;TiO_2/WO_3微納米纖維復(fù)合材料的制備及光催化性能[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2014年06期

4 呂瑋;陳登龍;黃啟池;;靜電紡絲制備二氧化硅納米纖維[J];福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

5 陳靜允;劉宗健;周環(huán);鄭遺凡;;強(qiáng)堿處理Ti片制備TiO_2薄膜的研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2013年06期

6 黃若賓;李松;胡建設(shè);秦高梧;;納米Fe_2O_3對(duì)甲基橙、亞甲基藍(lán)和羅丹明B的光催化降解研究[J];材料與冶金學(xué)報(bào);2012年04期

7 楊依萍;李卓民;楊玉超;鄧文禮;;二硫化鉬中空微球的制備、表征以及光催化性能(英文)[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

8 孫霞;董相廷;王進(jìn)賢;劉桂霞;;靜電紡絲技術(shù)制備LaCrO_4和LaCrO_3納米帶及其光催化性質(zhì)[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2011年10期

9 高續(xù)波;董相廷;王進(jìn)賢;范立佳;劉桂霞;;靜電紡絲技術(shù)制備釔鋁石榴石納米纖維[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2009年04期

10 王麗琴,梁國(guó)正,黨高潮,王芳;漫反射光譜技術(shù)對(duì)文物保護(hù)及相關(guān)問(wèn)題的研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2005年08期

本文編號(hào)：2652307