纳米TiO2/蛇纹石尾矿渣复合材料的制备及光催化性能研究

论文摘要

本论文研究以蛇纹石尾矿酸浸渣（以下简称蛇纹石尾矿渣）为原料,采用煅烧工艺制备负载纳米TiO2的矿物载体；以TiCl4为前驱体,采用水解沉淀法制备纳米TiO2/蛇纹石尾矿渣复合材料。通过正交实验确定了四个主要因素对复合材料光催化性能的影响,筛选出较优的制备工艺条件；通过单因素实验分析了工艺因素对材料性能的影响。应用XRD、EDX （EDS）、SEM、FT-IR、TEM、XPS仪器分析技术对复合材料结构与性能进行了表征。结果表明,制备的复合材料中锐钛矿晶型TiO2占89.8wt%,TiO2晶粒度为10～30nm左右；TiO2与蛇纹石尾矿渣载体之间主要以Si-O-Ti化学键结合,纳米TiO2与基体融合程度完好,载体颗粒表面和内部点位均有纳米TiO2负载,且负载均匀性较好；蛇纹石尾矿渣载体颗粒负载的TiO2渗入载体材料表面以下一定深度,与SiO2形成混合的负载界面层,厚度大约为500～800nm；复合材料BET单点比表面积为120.4 m2/g,吸附平均孔径为15.1nm,单点吸附总孔体积为0.183 cm3/g,具备较大的比表面积和孔体积。在表征和分析基础上探讨了复合粉体材料的制备机理。应用实验表明,该材料对含酚废水和含Cr（Ⅵ）废水紫外光催化降解效果较好,降解率可达90%以上,使用过的催化复合材料经回收处理后可多次重复使用,是一种高效、低耗的新型环保功能材料。Serpentine mine acid leaching tailings （hereinafter referred to "serpentine tailings" as a short term） was calcined as the mineral substrate to load nanometer titanium dioxide.The nano TiO2/serpentine tailings composite material was prepared by means of hydrolysis-depositing, in which process TiCl4 was used as the precursor. Four factors were identified as major factors on photocatalysis properties of composite material by orthogonal experiments; the optimal preparation conditions were selected. Impact of process technology factors on the material properties were analyzed by single factor experiment method as well. XRD, EDX （EDS）, SEM, FT-IR, TEM, XPS analysis instruments and measures were applied to characterize structure and properties of the composite material. The results showed that anatase TiO2 was in accounting for 89.8wt% in the whole product, grain size was about 10～30 nm. TiO2 mainly combined with the serpentine tailings substrate by Si-O-Ti bonds, serpentine tailings particle surface and internal points are coated by nano-Ti02 evenly. TiO2 particles are dispersive into a certain depth below the surface of serpentine tailings particles, forming a mixed coating interface with the SiO2 layer, of which the thickness was about 500～800 nm. Composite material possessed larger surface area and amounts of pore volume. Its volume and surface area parameters were listed as below:single point

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 引言
• 1.1 蛇纹石特性及研究、应用现状
• 1.2 光催化材料简介
• 2光催化材料'>1.3 TiO₂光催化材料
• 1.3.1 二氧化钛理化性质
• 1.3.2 二氧化钛的光催化机理
• 1.3.3 二氧化钛的光催化影响因素
• 1.3.4 二氧化钛光催化剂的失活与再生
• 1.3.5 二氧化钛光催化剂的制备方法
• 1.3.6 二氧化钛光催化材料的改性与负载
• 1.4 含酚废水的特性及治理方法简介
• 1.4.1 含酚废水的特点
• 1.4.2 含酚废水的处理方法
• 1.5 含铬（Ⅵ）废水的特性及治理方法简介
• 1.5.1 含铬废水的来源和理化性质
• 1.5.2 含铬（Ⅵ）废水的处理方法
• 1.6 课题的提出与主要研究内容
• 1.7 小结
• 2 实验原料、设备、试剂及研究方法
• 2.1 原料
• 2.2 仪器设备
• 2.3 试剂
• 2.4 研究方法
• 2.4.1 实验方法
• 2.4.2 表征及检测方法
• 2.5 小结
• 3 蛇纹石尾矿渣载体材料制备与表征
• 3.1 蛇纹石尾矿渣载体材料制备
• 3.2 化学与矿物组成
• 3.2.1 化学组成
• 3.2.2 矿物组成
• 3.2.3 微观结构及比表面积
• 3.2.4 粒度分析
• 3.2.5 扫描电镜分析
• 3.2.6 傅立叶变换红外光谱分析
• 3.3 小结
• 2/蛇纹石复合材料的制备和表征'>4 纳米TIO₂/蛇纹石复合材料的制备和表征
• 2/蛇纹石尾矿渣复合材料的制备'>4.1 纳米TiO₂/蛇纹石尾矿渣复合材料的制备
• 4.1.1 正交实验
• 4.1.2 单因素实验及结果分析
• 2/蛇纹石尾矿渣复合材料的性能测试与表征'>4.2 纳米TiO₂/蛇纹石尾矿渣复合材料的性能测试与表征
• 4.2.1 吸附性能
• 4.2.2 扫描电镜分析
• 4.2.3 XRD物相分析
• 4.2.4 FT-IR分析
• 4.2.5 透射电镜分析
• 4.2.6 X射线光电子能谱分析
• 4.3 复合材料制备机理
• 4水解机理'>4.3.1 TiCl₄水解机理
• 2在蛇纹石尾矿渣载体表面的沉积'>4.3.2 TiO₂在蛇纹石尾矿渣载体表面的沉积
• 4.3.3 煅烧
• 4.4 小结
• 2/蛇纹石尾矿渣复合材料的应用研究'>5 纳米TIO₂/蛇纹石尾矿渣复合材料的应用研究
• 2/蛇纹石尾矿渣复合材料对含酚废水的处理'>5.1 纳米TiO₂/蛇纹石尾矿渣复合材料对含酚废水的处理
• 5.1.1 含酚废水紫外光催化降解实验
• 5.1.2 含酚废水光降解机理分析
• 2/蛇纹石尾矿渣复合材料对含Cr（Ⅵ）废水的处理'>5.2 纳米TiO₂/蛇纹石尾矿渣复合材料对含Cr（Ⅵ）废水的处理
• 5.2.1 含Cr（Ⅵ）废水紫外光催化降解实验
• 5.2.2 含Cr（Ⅵ）废水光降解机理分析
• 5.3 小结
• 6 结论和展望
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 论文的主要创新之处
• 6.3 有待深入研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 学习期间发表论文情况
• 发明专利