微波法制备钙钛矿型复合氧化物及对染料的降解性能研究

论文摘要

钙钛矿型ABO3复合氧化物是一种具有多种独特理化性能的无机非金属材料,对其电、磁等性质已有大量的研究报道,而对其光催化活性的研究不是很多。实验发现钙钛矿型ABO3复合氧化物确有光催化活性。本论文以微波溶胶-凝胶法制备钙钛矿型ABO3复合氧化物,A位选碱土金属钙、锶,B位为过渡金属铁、镍,研究其对酸性大红染料的光催化性能,及光催化反应条件对其光催化性能的影响,并用X射线衍射（XRD）分析、红外光谱分析对材料进行表征。首先在考察各种因素基础上,得出微波合成最佳条件为:0.1mol·L-1的A、B硝酸盐用量为50mL情况下,0.1mol·L-1柠檬酸用量为75mL;微波加热功率700W;微波加热时间为30min;煅烧温度700℃;煅烧时间为5h。正交实验结果验证了单因素实验的准确性,并得出各因素对材料制备的影响程度顺序。XRD测试表明,微波溶胶-凝胶法合成的光催化剂具有钙钛矿结构,镍酸钙,镍酸锶,铁酸钙,铁酸锶的允许因子t分别为0.88、0.93、0.89、0.94,均在允许范围内;红外光谱分析证实了氧基碳酸盐中间产物的存在。其次系统地研究了光催化剂对模拟染料废水酸性大红降解的影响因素:在酸性条件下有利于酸性大红的降解;溶液初始浓度为30mg·L-1时降解效果最好,初始浓度过大,染料分子会吸附在催化剂表面,影响其对光的吸收;催化剂投加量最好为0.2g,过少不能完全降解,过多会影响光催化剂对光子的吸收;反应时间为2h时降解率达到最大。在有催化剂无光照条件下,溶液降解率在短时间内增大,之后无明显变化,这是物理吸附占主导作用的结果。最后以镍酸锶为例,研究了光催化降解酸性大红的动力学行为,确定反应级数为1.3,活化能Ea=33.53kJ·mol-1,指前因子k0=4.38×105mol-0.3·L0.3·min-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 废水处理方法
• 1.1.1 混凝沉淀法
• 1.1.2 化学氧化法
• 1.1.3 湿式氧化法
• 1.1.4 超临界水氧化法
• 1.1.5 电化学氧化
• 1.1.6 吸附分离法
• 1.1.7 膜分离法
• 1.1.8 光催化氧化法
• 1.2 半导体反应研究现状
• 1.3 微波技术应用
• 1.4 光催化氧化机理
• 1.5 课题研究内容和意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 3 的制备'>2.3 钙钛矿型复合氧化物ABO₃的制备
• 2.4 催化剂的活性评价
• 2.5 测试方法
• 2.5.1 XRD 分析
• 2.5.2 红外光谱分析
• 第3章 光催化剂的制备条件研究
• 3.1 酸性大红染料的空白对比实验
• 3.2 单因素条件实验
• 3.2.1 柠檬酸用量对降解率的影响
• 3.2.2 微波功率对降解率的影响
• 3.2.3 微波时间对降解率的影响
• 3.2.4 煅烧时间对降解率的影响
• 3.3 正交实验
• 3.3.1 铁酸钙的正交实验
• 3.3.2 铁酸锶的正交实验
• 3.3.3 镍酸钙的正交实验
• 3.3.4 镍酸锶的正交实验
• 3.4 结构表征
• 3.4.1 XRD 表征
• 3.4.2 红外光谱表征
• 3.5 小结
• 第4章 光催化反应条件对酸性大红降解率的影响
• 4.1 催化剂投加量对光催化的影响
• 4.2 溶液PH 值对光催化的影响
• 4.3 溶液初始浓度对光催化的影响
• 4.4 光照时间对光催化的影响
• 4.5 无光照
• 4.6 小结
• 第5章 动力学研究
• 5.1 光催化降解酸性大红反应的动力学
• 5.1.1 反应级数与反应速率常数的确定
• 5.1.2 活化能的确定
• 5.2 微波合成钙钛矿型复合氧化物机理分析
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要