纳米TiO2复合催化剂的合成及其光催化性能研究

论文摘要

本论文通过对TiO2进行改性,成功合成了两种复合型催化剂:掺杂型光催化剂和核壳型磁载光催化剂。以亚甲基蓝溶液的脱色研究了复合催化剂的催化性能,探讨了热处理条件和复合物中TiO2的含量对催化性能的影响,并运用TEM、XRD、UV-Vis等测试技术对复合催化剂的结构进行了表征。本论文主要有以下两个方面组成:1.用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Fe3+掺杂量的纳米TiO2光催化剂。结果表明,在所研究的掺杂范围内,该纳米粒子的粒径随Fe3+掺杂量的增加呈减小趋势;Fe3+的掺入不仅可以控制TiO2锐钛矿向金红石的转变,而且可以使该纳米微粒对光的吸收向可见区拓展;Fe3+的适量掺入,可以显著提高纳米TiO2在自然光条件下的催化活性。2.采用共沉淀法制备纳米级磁基体（Fe2O3和NiFe2O4）,以溶胶-凝胶法制得易于固液分离回收的磁载纳米光催化剂TiO2/Fe2O3和TiO2/NiFe2O4,且研究了催化剂对亚甲基蓝溶液的降解能力,并探讨了焙烧温度及核与壳的配比对催化剂活性的影响。结果表明:本法成功的实现了TiO2作为壳层对磁性核的包裹,样品为核壳结构。磁核的引入有利于催化剂的吸收光波长范围加宽,并已进入可见光区,且吸收强度也增大。两种磁性催化剂的最佳焙烧温度均为600℃;而最佳配比却有所不同,催化剂TiO2/Fe2O3在配比为20:1时显示出最高的催化活性,催化剂TiO2/NiFe2O4的最佳配比为40:1,磁性催化剂可在8h内对亚甲基蓝的脱色降解率可达到90%左右,最后探讨了导致此类催化剂活性不高的影响因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体纳米粒子的特性
• 1.1.1 光学特性
• 1.1.2 光电转换特性
• 1.1.3 光电催化特性
• 1.2 纳米材料的制备方法
• 1.3 光催化氧化的机理
• 1.4 高光催化活性化条件
• 1.4.1 晶型对催化剂活性的影响
• 1.4.2 粒径对催化剂活性的影响
• 1.4.3 表面羟基对催化剂活性的影响
• 1.5 催化氧化技术的应用
• 1.5.1 有机污染物的处理
• 1.5.2 无机污染物的处理
• 1.5.3 贵金属的提取回收
• 1.5.4 光催化化学合成
• 1.5.5 光催化氧化技术研究发展中遇到的问题
• 1.6 半导体光催化剂的改性
• 1.6.1 贵金属沉积
• 1.6.2 耦合半导体
• 1.6.3 染料光敏化作用
• 1.6.4 离子掺杂
• 1.7 光催化剂的固定化
• 1.7.1 载体的选择
• 1.7.2 光催化反应体系类型
• 1.8 磁分离技术的应用
• 1.8.1 在医药上的应用
• 1.8.2 生物细胞的磁分离
• 1.8.3 在选矿上的应用
• 1.8.4 在水处理上的应用
• 1.9 本论文的研究方向和内容
• 1.9.1 论文研究方向
• 1.9.2 论文研究内容
• 参考文献
• 3+/TiO₂复合光催化剂的合成及其光催化性能研究'>第二章 Fe³⁺/TiO₂复合光催化剂的合成及其光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 3+/TiO₂光催化剂'>2.2.2 溶胶-凝胶法制备Fe³⁺/TiO₂光催化剂
• 3+/TiO₂复合光催化剂光催化剂的催化性能研究'>2.2.3 Fe³⁺/TiO₂复合光催化剂光催化剂的催化性能研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 微观形貌分析结果
• 2.3.2 晶相结构分析结果
• 2.3.3 吸光特性分析结果
• 3+/TiO₂复合催化剂的催化活性'>2.3.4 Fe³⁺/TiO₂复合催化剂的催化活性
• 2.4 本章小节
• 参考文献
• 2/Fe₂O₃磁载光催化剂的合成及其光催化性能研究'>第三章 TiO₂/Fe₂O₃磁载光催化剂的合成及其光催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 纳米复合材料简介
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 试剂与仪器
• 3.3.2 样品的制备
• 2/Fe₂O₃磁载光催化剂光催化性能的研究'>3.3.3 TiO₂/Fe₂O₃磁载光催化剂光催化性能的研究
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 微观形貌分析结果
• 3.4.2 晶相结构分析结果
• 3.4.3 吸光特性分析结果
• 3.4.4 磁性能分析结果
• 2/Fe₂O₃磁载光催化剂的催化活性'>3.4.5 TiO₂/Fe₂O₃磁载光催化剂的催化活性
• 3.5 本章小节
• 参考文献
• 2/NiFe₂O₄磁载光催化剂的合成及其光催化性能研究'>第四章 TiO₂/NiFe₂O₄磁载光催化剂的合成及其光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 样品的制备
• 2/NiFe₂O₄磁载光催化剂光催化性能的研究'>4.2.3 TiO₂/NiFe₂O₄磁载光催化剂光催化性能的研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微观形貌分析结果
• 4.3.2 晶相结构分析结果
• 4.3.3 吸光特性分析结果
• 4.3.4 磁性能分析结果
• 2/NiFe₂O₄磁载光催化剂的催化活性'>4.3.5 TiO₂/NiFe₂O₄磁载光催化剂的催化活性
• 4.4 本章小节
• 参考文献
• 致谢