磁载光催化剂（TiO2/SiO2/Fe3O4）的制备及其光催化性能

论文摘要

较之于固定化TiO2,纳米TiO2悬浮体系在光催化降解有机污染物时,具有催化剂有效比表面积大,催化活性高的特点。然而,对于纳米TiO2颗粒目前还缺乏有效的分离手段。以磁性纳米材料为核,制备出的核壳型TiO2光催化剂,保留了纳米TiO2粒子的高催化活性,在反应完成后施加一个合适的外加磁场即可快速有效地分离。用TiO2光催化材料降解工业废水具有廉价、高效、无二次污染等优点。目前对TiO2光催化材料的研究趋向两种形态,颗粒和固定在载体上的光催化膜。固定化光催化膜材料的比表面积有限,没有颗粒光催化材料的比表面积大,所以光催化膜的光催化效率没有颗粒光催化剂的效率高。但是颗粒光催化剂由于粒径太小,难于从反应混合物中分离回收出来,特别是在工业废水光催化处理过程中,由于分离困难造成颗粒光催化剂的流失率大。为了保证较高的光催化效率的前提下解决颗粒光催化剂的分离回收这一关键问题,我们制备了纳米磁性复合体光催化材料。磁载光催化剂是通过在磁性核上包覆具有光催化活性的二氧化钛层制备合成的。这种光催化剂是用于悬浆型反应器的,它在外加磁场的作用下很容易从浆体中分离回收。本文概述了TiO2光催化剂的光催化原理和负载型TiO2光催化剂制备的研究进展状况,重点介绍了可磁分离光催化剂的磁载材料的研究进展状况。在大量文献调研的基础上,提出以磁载光催化剂（TiO2/SiO-2/Fe3O4）的制备及其光催化性能研究作为本论文的选题和主要研究内容。本文先采用化学共沉淀法,以FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O和CH3（CH2）11SO3Na为原料制备了超顺磁性、耐腐蚀的磁性Fe3O4粉体。以聚乙烯醇为粘合剂和制孔剂,与Fe3O4粉体相结合,形成Fe3O4复合小球。通过磁铁验证,该Fe3O4复合小球具有良好的磁性。以Fe3O4多孔球作为载体,再采用Si（OC2H5）4为主要原料,对磁性核芯进行包覆。并通过溶胶-凝胶法,以C16H36O4Ti为主要原料,在SiO2/Fe3O4表面包覆TiO2,制备出磁性悬浮负载型的复合光催化剂。用其对罗丹明B溶液的降解效果作为评价TiO2/SiO2/γ-Fe2O3光催化活性的依据,并对其制备条件进行了优化,得到了光催化效果较好的磁性复合光催化剂。最后用XRD等手段对样品进行了表征。结果表明,TiO2/SiO2/γ-Fe2O3的光催化活性优于TiO2和TiO2/Fe3O4,仅略低于TiO2/SiO2。TiO2/SiO2/γ-Fe2O3具有良好的磁性,方便回收。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2光催化剂的光催化原理'>1.2 TiO₂光催化剂的光催化原理
• 2光催化反应机理'>1.2.1 TiO₂光催化反应机理
• 2光催化活性的因素'>1.2.2 影响半导体TiO₂光催化活性的因素
• 2光催化剂制备的研究进展状况'>1.3 负载型TiO₂光催化剂制备的研究进展状况
• 1.3.1 负载型光催化剂概述
• 1.3.2 负载型光催化剂的进展
• 1.4 可磁分离光催化剂的磁载材料的研究进展状况
• 1.4.1 可磁分离光催化剂概述
• 2光催化剂的磁载材料的研究进展'>1.4.2 可磁分离TiO₂光催化剂的磁载材料的研究进展
• 1.5 本课题的研究内容和意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 光催化剂的制备方法概述
• 2.1.1 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 2.1.2 化学沉淀法
• 2.1.3 微乳液法
• 2.1.4 水热法
• 2.2 实验方法
• 3O₄、SiO₂和TiO₂粉体的制备'>第三章 纳米Fe₃O₄、SiO₂和TiO₂粉体的制备
• 3O₄粉体的制备'>3.1 纳米Fe₃O₄粉体的制备
• 3.1.1 主要试剂与仪器
• 3.1.2 粉体制备
• 2溶胶和粉体的制备'>3.2 SiO₂溶胶和粉体的制备
• 3.2.1 主要试剂与仪器
• 3.2.2 制备方法
• 2粉体的制备'>3.3 纳米TiO₂粉体的制备
• 3.3.1 主要试剂与仪器
• 3.3.2 粉体制备
• 2/SiO₂/γ-Fe₂O₃的制备'>第四章 磁载光催化剂TiO₂/SiO₂/γ-Fe₂O₃的制备
• 4.1 实验工艺流程
• 4.2 实验操作过程
• 第五章 光催化性能测试
• 5.1 主要仪器
• 5.2 实验操作过程
• 第六章 实验结果与讨论
• 3O₄部分'>6.1 Fe₃O₄部分
• 3O₄的磁性能表征'>6.1.1 Fe₃O₄的磁性能表征
• 6.1.2 光催化实验结果与分析
• 3O₄复合小球差热分析'>6.1.3 Fe₃O₄复合小球差热分析
• 2部分'>6.2 SiO₂部分
• 2部分'>6.3 TiO₂部分
• 6.3.1 光催化实验结果与分析
• 2表征'>6.3.2 TiO₂表征
• 2/SiO₂/γ-Fe₂O₃部分'>6.4 TiO₂/SiO₂/γ-Fe₂O₃部分
• 6.4.1 光催化实验结果与分析
• 2/SiO₂/γ-Fe₂O₃小球表征'>6.4.2 TiO₂/SiO₂/γ-Fe₂O₃小球表征
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及相关科研成果
• 学位论文评阅及答辩情况表