Fe（II/III）-TiO2复合体系的构建及可见光催化性能

论文摘要

TiO2以其无毒、低成本和良好的光电性能等优点备受人们的亲睐。但是只有紫外线照射才能激发光催化反应,因为它的能带宽度为3.2eV,因此只有3%4%的太阳光被利用。另外光催化效率低,以及固载化也是使其应用受到极大制约的关键技术难题。本课题通过Fe的掺杂提高TiO2的光催化活性,并使其吸收波长发生明显红移,将其激发波长拓展到可见光区,提高太阳光的利用率;通过Fe（III）-TiO2复合薄膜的制备实现催化剂的固载化;在TiO2光催化降解过程中加入由Fe（II）及H2O2组成的Fenton试剂提高光催化活性。采用复合溶胶法制备Fe（III）-TiO2复合光催化剂,通过XRD、EDS对催化剂的晶相结构及成分进行分析,通过SEM、FT-IR等进行形貌及光谱分析,同时在可见光下对光催化剂的光催化性能进行测试。结果表明,Fe（III）-TiO2复合光催化剂的XRD谱图中未出现Fe的氧化物的衍射峰,TiO2均以锐钛矿形式存在;EDS测试证实了Fe的存在且其含量略低于理论含量;Fe（III）-TiO2相对TiO2红外谱峰的红移、孔径的减小、比表面积的增大都有利于光催化性能的提高;不同掺杂量的复合光催化剂在可见光下对亚甲基蓝进行降解,结果表明Fe掺杂量在2.0%的样品光催化性能最好,达到了55.65%;同时Fe（III）-TiO2光催化剂具有一定的磁性能,有利于进行磁性回收。采用浸渍提拉法制备了Fe（III）-TiO2复合薄膜,讨论了Fe的掺杂、薄膜层数、烧结温度对薄膜吸光性能及光催化性能的影响,结果表明掺杂量为2.0%,膜的层数为4层,煅烧温度为450℃时光催化活性最好。探讨了Fe（II）协同TiO2体系降解吖啶橙染料的最佳条件,当初始pH值为2.6,10ml的反应体系中2×10-3mol/L FeSO4的最佳加入量为100μl,8.8×10-2 mol/L H2O2的加入量为200μl时光催化降解率最大;对不同反应体系的对比发现Fenton-TiO2体系具有明显的优势,气质联用及红外的结果显示降解过程中苯环被破坏产生了直链烷烃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的及意义
• 2光催化剂的反应机理'>1.2 TiO₂光催化剂的反应机理
• 1.2.1 半导体光催化的概念及能带理论
• 2光催化反应机理'>1.2.2 TiO₂光催化反应机理
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 2光催化剂改性的研究现状'>1.3.1 TiO₂光催化剂改性的研究现状
• 1.3.2 Fenton氧化技术简介
• 1.4 负载型光催化剂的制备和固定
• 1.5 光催化技术存在的问题
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料、化学试剂和实验仪器
• 2.1.1 实验材料、化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2复合光催化材料的制备及表征'>2.2 Fe（III）-TiO₂复合光催化材料的制备及表征
• 2复合光催化材料的制备'>2.2.1 Fe（III）-TiO₂复合光催化材料的制备
• 2复合光催化材料的表征'>2.2.2 Fe（III）-TiO₂复合光催化材料的表征
• 2复合材料的光催化性能表征'>2.2.3 Fe（III）-TiO₂复合材料的光催化性能表征
• 2复合薄膜的制备与表征'>2.3 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的制备与表征
• 2复合薄膜的制备'>2.3.1 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的制备
• 2复合薄膜的表征'>2.3.2 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的表征
• 2光催化降解作用'>2.4 Fe（II）协同TiO₂光催化降解作用
• 2降解体系的配制'>2.4.1 Fe（II）协同TiO₂降解体系的配制
• 2降解体系的分析方法'>2.4.2 Fe（II）协同TiO₂降解体系的分析方法
• 2复合材料的制备及性能测试'>第3章 Fe（III）-TiO₂复合材料的制备及性能测试
• 2及Fe203的制备及表征'>3.1 TiO₂及Fe203的制备及表征
• 2'>3.1.1 溶胶凝胶法制备纳米TiO₂
• 2O₃及样品的光催化性能分析'>3.1.2 不同法制备Fe₂O₃及样品的光催化性能分析
• 2复合光催化材料的制备及表征'>3.2 Fe（III）-TiO₂复合光催化材料的制备及表征
• 2复合光催化材料的制备'>3.2.1 Fe（III）-TiO₂复合光催化材料的制备
• 3.2.2 晶相组成分析
• 3.2.3 微观结构及选区元素分析
• 3.2.4 光谱测试分析
• 3.2.5 比表面积及孔径分析
• 3.2.6 磁性能测试分析
• 3.2.7 光催化性能测试分析
• 2复合薄膜的制备及光催化性能'>3.3 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的制备及光催化性能
• 2复合薄膜的制备'>3.3.1 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的制备
• 2复合薄膜的晶相分析'>3.3.2 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的晶相分析
• 2复合薄膜的形貌分析'>3.3.3 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的形貌分析
• 2复合薄膜的光吸收性能'>3.3.4 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的光吸收性能
• 2复合薄膜的光催化性能'>3.3.5 Fe（III）-TiO₂复合薄膜的光催化性能
• 3.3.6 Fe掺杂机理的探讨
• 3.4 本章小结
• 2光催化降解作用'>第4章 Fe（II）协同TiO₂光催化降解作用
• 2体系光催化降解的影响因素'>4.1 Fe（II）协同TiO₂体系光催化降解的影响因素
• 4.1.1 初始pH值的影响
• 4.1.2 Fe（II）浓度的影响
• 2O₂浓度的影响'>4.1.3 H₂O₂浓度的影响
• 4.2 不同反应体系的比较
• 4.2.1 Fenton体系的暗反应
• 2体系的比较'>4.2.2 Fenton体系与TiO₂体系的比较
• 2O₂体系的比较'>4.2.3 Fe（II）体系与H₂O₂体系的比较
• 2体系光催化降解的过程分析'>4.3 Fe（II）协同TiO₂体系光催化降解的过程分析
• 4.3.1 Fe（II）浓度的变化
• 4.3.2 中间产物的GC-MS分析
• 4.3.3 中间产物的FT-IR分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢