二氧化钛与蒙脱石复合材料的制备及其性能研究

论文摘要

蒙脱石是一类天然的硅酸盐物质,具有很大的表面积和良好的吸附性,但纯蒙脱石不具有光催化性能,无法降解或分解有机化合物,只有在与二氧化钛复合和光照（如UV）条件下,才能产生光催化降解反应。当蒙脱石与二氧化钛形成复合材料以后,可以同时充分利用蒙脱石的吸附性能和二氧化钛的催化性能,且二氧化钛柱撑蒙脱石具有大的比表面积、大小可调的孔径及强的化学活性而成为性能优异的吸附剂和催化剂。这使其越来越受到研究者的关注。本文以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备出钛柱化剂;然后以纯钠基蒙脱石为原料,以钛柱化剂与钠基蒙脱石离子交换反应制备出TiO2柱撑蒙脱石（TiO2-MMT）纳米复合材料。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线能量散色谱（EDS）以及透射电子显微镜（TEM）等分析手段对样品进行了表征。并采用紫外分光光度计测试了二氧化钛柱撑蒙脱石（TiO2-MMT）纳米复合材料对甲基橙的光催化性能;采用火焰原子吸收分光光度计测试了二氧化钛柱撑蒙脱石对重金属离子（主要是铅离子）的吸附性能。光催化实验结果表明,在中性和碱性条件下,复合材料对甲基橙的光催化降解能力较弱;在酸性条件下,复合材料对甲基橙的降解效果远远高于中性和碱性条件下的降解效果。当pH=4时,复合材料对甲基橙的降解率最高,达到94.1%;当pH=3和pH=5时,复合材料对甲基橙的降解率也较高,分别为92.3%和93.3%。通过考察甲基橙初始浓度以及催化剂加入量对降解率的影响,得到了优化的降解条件:pH.值为4、甲基橙初始浓度为30mg/L以及投加量为10g/L。重金属离子吸附实验结果表明,二氧化钛柱撑蒙脱石对铅离子的吸附率接近100%,达到了 99.8%,吸附效果优于钠基蒙脱石。以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备的TiO2柱撑蒙脱石纳米复合材料对甲基橙有较好的光催化降解能力,具有较高的光催化活性,对铅离子有较好的吸附性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 改性蒙脱石的研究现状
• 1.1.1 蒙脱石的钠化改性
• 1.1.2 蒙脱石的无机改性
• 1.1.3 蒙脱石的有机改性
• 1.2 柱撑蒙脱石的研究现状
• 1.2.1 钛柱撑蒙脱石
• 1.3 钛柱撑蒙脱石作为催化剂的研究现状
• 1.3.1 降解有机污染物
• 1.3.2 去除氮氧化物
• 1.4 蒙脱石作为吸附剂处理废水的研究现状
• 1.5 论文的选题及其意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验所需仪器及试剂
• 2.1.1 仪器设备
• 2.1.2 主要试剂材料
• 2.2 研究内容
• 2.3 分析表征手段与设备
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 光催化性能测试
• 2.4.2 吸附性能测试
• 2柱撑蒙脱石纳米复合材料的制备'>第三章 TiO₂柱撑蒙脱石纳米复合材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 柱化剂的制备
• 2柱撑蒙脱石的制备'>3.2.3 TiO₂柱撑蒙脱石的制备
• 2柱撑蒙脱石结构的影响'>3.3 反应条件对TiO₂柱撑蒙脱石结构的影响
• 2柱撑蒙脱石的晶相、形貌、微结构与化学组成'>第四章 TiO₂柱撑蒙脱石的晶相、形貌、微结构与化学组成
• 4.1 XRD分析结果
• 2柱撑蒙脱石的影响'>4.1.1 不同Ti/蒙配比对TiO₂柱撑蒙脱石的影响
• 2柱撑蒙脱石的影响'>4.1.2 不同柱撑温度对TiO₂柱撑蒙脱石的影响
• 2柱撑蒙脱石的影响'>4.1.3 不同陈化时间对TiO₂柱撑蒙脱石的影响
• 2柱撑蒙脱石的影响'>4.1.4 不同烘干温度对TiO₂柱撑蒙脱石的影响
• 2柱撑蒙脱石的影响'>4.1.5 不同煅烧温度对TiO₂柱撑蒙脱石的影响
• 4.2 样品的SEM分析结果
• 4.3 样品的TEM与STEM分析结果
• 4.4 样品的EDS分析结果
• 4.5 样品的BET分析结果
• 4.6 本章小结
• 2柱撑蒙脱石光催化性能的研究'>第五章 TiO₂柱撑蒙脱石光催化性能的研究
• 5.1 引言
• 2柱撑蒙脱石对甲基橙的光催化降解性能'>5.2 TiO₂柱撑蒙脱石对甲基橙的光催化降解性能
• 5.2.1 不同的pH值对甲基橙光催化降解的影响
• 5.2.2 不同的甲基橙初始浓度对甲基橙光催化降解的影响
• 5.2.3 不同的样品投加量对甲基橙光催化降解的影响
• 5.3 本章小结
• 2柱撑蒙脱石吸附性能的研究'>第六章 TiO₂柱撑蒙脱石吸附性能的研究
• 6.1 引言
• 2柱撑蒙脱石对铅离子的吸附性能'>6.2 TiO₂柱撑蒙脱石对铅离子的吸附性能
• 6.2.1 二氧化钛柱撑蒙脱石与钠基蒙脱石的吸附性能比较
• 6.2.2 不同Ti/蒙配比对吸附效果的影响
• 6.2.3 不同陈化时间对吸附效果的影响
• 6.2.4 不同的烘干温度对吸附效果的影响
• 6.2.5 不同的煅烧温度对吸附效果的影响
• 6.2.6 不同的投加量对吸附效果的影响
• 6.3 蒙脱石吸附机理的初步探索
• 6.3.1 离子交换机理
• 6.3.2 配合作用机理
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢