自组装纳米FeOOH/TiO2光催化还原银离子的实验研究

自组装纳米FeOOH/TiO2光催化还原银离子的实验研究

论文摘要

随着纳米技术的基础性研究和实用化进程的发展,纳米材料作为一种潜在的高效新型功能环保材料在环境保护领域日益受到重视。目前,二氧化钛作为典型的半导体光催化剂,虽然具备较高的光催化活性和稳定性,但其光催化体系的量子效率目前还不够高,且难以利用在自然光中占主要部分的可见光。而FeOOH虽然能够吸收可见光,但其光催化活性不高。鉴于两种半导体光催化剂的优缺点,将两种光催化剂复合成一种新型的半导体材料以提高对自然光光催化活性。同时与以往着重对光催化剂的氧化性研究不同,本文主要利用此复合光催化剂研究可见光下对废水中重金属离子的还原作用,探索其成为一种重金属废水处理的新技术具有理论和应用价值。本文以石英玻璃片为基底,以外侧功能团为巯基(SH)的自组装单层为模板,采用自组装方法,在低温液相反应体系中制备纳米FeOOH/TiO2复合薄膜。并以银离子溶液为目标物,探讨了不同实验条件对FeOOH/TiO2光催化还原能力的影响,论文的主要研究进展如下:(1)运用自组装方法在比表面积4.4×10-3-m2的石英玻璃片上分别制得TiO2、FeOOH、TiO2/Fe00H、Fe00H/TiO2四种薄膜。通过透射电镜对复合膜的表征表明复合薄膜是由锐钛矿和针铁矿结合生长而成。(2)以硫酸银溶液为目标物,考察复合膜与单膜的光催化还原能力,在银离子起始浓度为1×10-3mol/L、紫外光照的相同实验条件下,反应1h,Ti02、FeOOH, TiO2/FeOOH的对银的还原能力强弱顺序是:TiO2> Ti02/FeOOH> FeOOH;可见光照的相同实验条件下,反应1h,三种薄膜对银的还原能力强弱顺序是:TiO2/FeOOH> FeOOH> TiO2;另外,TiO2/FeOOH在可见光比在紫外光条件下的光催化活性高。(3)以硫酸银溶液为目标物,考察复合膜在不同镀膜层序条件下的光催化还原能力。在银离子起始浓度为1×10-3mol/L、可见光照的相同实验条件下,反应lh, FeOOH/TiO2光催化还原能力相对于TiO2/FeOOH强约25.4%。(4)以硫酸银溶液为目标物,考察FeOOH/TiO2在不同光照时间的条件下的光催化还原能力。在银离子起始浓度为1×10-3mol/L、可见光照的相同实验条件下,反应20min,40min、60min,FeOOH/TiO2的对银离子的还原能力随时间逐渐减弱。(5)以硫酸银溶液为目标物,考察FeOOH/TiO2在不同银离子起始浓度条件下的光催化还原能力。在银离子起始浓度分别为1×10-3mo1/L、1×10-4mol/L可见光照的相同实验条件下,反应lh, Fe00H/TiO2的对银离子的还原率分别为40.9%、99.0%。对于低于1×10-4mol/L银离子溶液复合膜几乎可以全部还原。(6)结合反应体系中光照条件、不同镀膜层序、反应时间和不同银离子起始浓度等因素,对FeOOH/TiO2复合薄膜光致还原机理进行了探讨,FeOOH/TiO2复合薄膜对银离子还原可能是由吸附和还原两个过程完成的。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 纳米薄膜的研究概述
  • 1.1.1 纳米薄膜的生长理论
  • 1.1.2 纳米薄膜的性能分析
  • 1.1.3 纳米薄膜的制备方法
  • 1.1.4 纳米薄膜材料在环保领域的应用
  • 2研究概况'>1.2 TiO2研究概况
  • 1.3 FeOOH研究概况
  • 2和FeOOH自组装制备概述'>1.4 纳米TiO2和FeOOH自组装制备概述
  • 1.5 还原重金属离子的研究概述
  • 1.6 课题的研究目的、意义和研究内容
  • 1.6.1 研究目的和意义
  • 1.6.2 研究目标和内容
  • 第2章 纳米薄膜的制备与表征
  • 2.1 实验部分
  • 2.1.1 仪器和试剂
  • 2.1.2 薄膜的制备
  • 2.2 薄膜的表征与结果
  • 2.2.1 薄膜的表征
  • 2.2.2 结果讨论
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 纳米复合薄膜光催化还原银离子实验
  • 3.1 仪器和试剂
  • 3.2 实验方法
  • +溶液配制'>3.2.1 Ag+溶液配制
  • 3.2.2 光催化还原实验方法
  • 3.3 不同光照条件下单膜与复合膜光催化还原银离子的实验研究
  • 2光催化还原1×10-3mol/L银离子实验'>3.3.1 TiO2光催化还原1×10-3mol/L银离子实验
  • -3mol/L银银离子实验'>3.3.2 FeOOH光催化还原1×10-3mol/L银银离子实验
  • 2/FeOOH光催化还原1×10-3mol/L银银离子实验'>3.3.3 TiO2/FeOOH光催化还原1×10-3mol/L银银离子实验
  • 3.3.4 结果与讨论
  • 3.4 不同镀膜层序复合薄膜光催化还原银离子的实验研究
  • 2光催化还原银离子实验'>3.4.1 FeOOH/TiO2光催化还原银离子实验
  • 2/FeOOH光催化还原1×10-3mol/L银离子溶液实验'>3.4.2 TiO2/FeOOH光催化还原1×10-3mol/L银离子溶液实验
  • 3.4.3 结果与讨论
  • 2光催化还原银离子的实验研究'>3.5 不同反应时间FeOOH/TiO2光催化还原银离子的实验研究
  • 2光催化还原银离子实验'>3.5.1 不同反应时间FeOOH/TiO2光催化还原银离子实验
  • 3.5.2 结果与讨论
  • 2光催化还原银离子的实验研究'>3.6 不同银离子起始浓度FeOOH/TiO2光催化还原银离子的实验研究
  • -4mol/L银离子还原实验'>3.6.1 初始浓度为1×10-4mol/L银离子还原实验
  • 3.6.2 结果与讨论
  • 3.7 本章小结
  • 2复合薄膜光催化还原银离子的机理探讨'>第4章 FeOOH/TiO2复合薄膜光催化还原银离子的机理探讨
  • 4.1 不同光照条件对还原性能的影响
  • 4.2 不同镀膜层序对还原性能的影响
  • 4.3 不同光催化时间对还原性能的影响
  • 4.4 不同银离子初始浓度对还原性能的影响
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 结论
  • 5.1 结论
  • 5.2 存在问题与展望
  • 参考文献
  • 致谢(一)
  • 致谢(二)
  • 相关论文文献

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