孔道结构TiO2或Ta2O5负载型多酸的制备及其光催化性能研究

论文摘要

采用溶胶—凝胶和程序升温水热法,制备了两类具有较高光催化活性、含钨系多金属氧酸盐的新型固体光催化材料,即介孔结构Na4W10O32/TiO2（锐钛矿结构）和微孔结构H3PW12O40/Ta2O5（无定形结构）复合材料;利用电感耦合等离子原子发射光谱、紫外漫反射光谱、红外光谱、拉曼光谱、和X-射线粉末衍射等手段,对这两类材料进行了组成和结构表征。结果表明,上述光催化材料中,多金属氧酸盐仍保持着最初的基本结构。利用N2吸附测定、透射电子显微镜及扫描电子显微镜,对以上两类材料的孔道结构、表面物理化学性质和形貌进行了分析。结果表明,这两类催化材料均具有孔结构。其中,Na4W10O32/TiO2纳米复合材料平均孔径为3.74nm,平均粒径为8-10nm,粒子之间存在轻微聚集;同样利用溶胶-凝胶方法制备的H3PW12O40/Ta2O5复合材料的孔道结构、表面物理性质和形貌随H3PW12O40含量不同而不同。平均孔径分布在1.15-1.91nm之间,属微孔材料;高担载量的H3PW12O40/Ta2O5纳米材料虽有部分介孔（2.51nm）存在,但主要是由于粒子堆积造成的。低担载量的H3PW12O40/Ta2O5复合材料由均匀的纳米微球组成,表面形态呈单分散性,平均粒径为25nm左右;随多金属氧酸盐含量的增加,粒子聚集现象明显,平均孔径逐渐减小,说明多金属氧酸盐已进入到载体孔道内部。两类光催化材料的BET比表面积均比母体多金属氧酸有很大提高。 上述光催化材料主要用于降解聚丙烯酰胺及水溶性有机污染物,如罗丹明B,水杨酸及对硝基苯酚。实验结果表明,在可见光的照射下,在光催化剂与有机污染物水溶液组成的非均相体系中,Na4W10O32/TiO2可有效降解聚丙烯酰胺;H3PW12O40/Ta2O5则对水杨酸的矿化效果十分显著。本论文还研究了在近紫外光区H3PW12O40/Ta2O5对罗丹明B和对硝基苯酚的有效降解,其结果明显优于用同样方法合成的Ta2O5及H3PW12O40/SiO2;实验结果还表明:速度恒定的水热升温处理并未改变H3PW12O40/Ta2O5的晶型,但可明显提高纳米材料的光催化性能。Na4W10O32/TiO2,H3PW12O40/Ta2O5纳米复合材料优异的光催化性能主要基于多金属氧酸盐及载体TiO2或Ta2O5本身良好的光催化性能、催化剂表面活性点的增加以及多金属氧酸盐与载体之间的协同作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章、引言
• 1.1 光化学概述
• 1.2 光催化化学
• 1.2.1 半导体型金属氧化物光催化化学
• 1.2.1.1 微粒二氧化钛的光催化反应机理研究
• 1.2.1.2 半导体氧化物光催化性能的改进
• 1.2.1.3 半导体光催化剂的应用
• 1.3 多金属氧酸盐概述
• 1.3.1 多金属氧酸盐的分类及结构
• 1.3.2 多金属氧酸盐的酸性
• 1.3.3 多金属氧酸盐的光催化性能
• 1.3.4 多金属氧酸盐与半导体金属氧化物的相似性
• 1.4 纳米材料的研究
• 1.4.1 特性
• 1.4.2 半导体与纳米材料
• 1.4.3 影响纳米光催化剂反应活性的因素
• 1.4.3.1 吸附作用的影响
• 1.4.3.2 比表面积的影响
• 1.4.3.3 影响纳米光催化剂反应活性的因素
• 1.5 课题的选择
• 4W₁₀O₃₂/TiO₂制备及可见光催化性能研究'>第二章、非均相光催化剂Na₄W₁₀O₃₂/TiO₂制备及可见光催化性能研究
• 2.1 制备与表征
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 试剂与仪器
• 4W₁₀O₃₂的合成'>2.1.1.2 母体Na₄W₁₀O₃₂的合成
• 6P₂W₁₈O₆₂的合成'>2.1.1.3 母体H₆P₂W₁₈O₆₂的合成
• 4W₁₀O₃₂/TiO₂及H₆P₂W₁₈O₆₂/TiO₂光学催化剂的制备'>2.1.1.4 Na₄W₁₀O₃₂/TiO₂及H₆P₂W₁₈O₆₂/TiO₂光学催化剂的制备
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.2.1 母体的表征
• 4W₁₀O₃₂/TiO₂的表征'>2.1.2.2 复合材料Na₄W₁₀O₃₂/TiO₂的表征
• 2.2 可见光催化性能研究
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 试剂、仪器
• 2.2.1.2 光催化反应过程及检测方法
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 2O₅负载型Keggin结构多酸(H₃PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅)的制备、表征及光催化性能研究'>第三章、微孔结构Ta₂O₅负载型Keggin结构多酸(H₃PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅)的制备、表征及光催化性能研究
• 3.1 制备与表征
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 试剂与仪器
• 3PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅光催化剂的制备'>3.1.1.2 H₃PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅光催化剂的制备
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 催化剂合成过程中的微观变化研究
• 3PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅的表征'>3.1.2.2 催化剂H₃PW₁₂O₄₀/Ta₂O₅的表征
• 3.2 光催化性能研究
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 试剂、仪器及检测方法
• 3.2.1.2 光催化实验
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 杂化光催化剂紫外光降解水溶液中4-NP的活性实验
• 3.2.2.2 杂化光催化剂可见光降解水溶液中SA的活性实验
• 3.2.2.3 杂化光催化剂可见光降解水溶液中RB的活性实验
• 3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 后记