新型光催化剂KSr2Nb5O15的制备及其光催化性能研究

论文摘要

印染废水是主要有害工业废水之一，其主要成分是有机染料，具有成分复杂、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差的特点。吸附、絮凝和生物处理等传统工艺处理印染废水有很大困难，因为这些处理工艺往往只是将有机染料从水溶液的形式转换为另一种形式，未将其彻底降解。近些年，光催化氧化技术处理因为其具有高效、节能、无二次污染等优点而受到了国内外学者的广泛关注，而作为光催化技术关键的光催化剂的研究也不断引起了许多研究工作者的重视。四方钨青铜结构化合物KSr2Nb5O15是一种常用的铁电材料，但有关其用于光催化氧化含有机污染物废水的研究迄今尚无任何报道。本文对其光催化降解水溶液中酸性红G的性能进行了研究。本文以K2CO3，SrCO3和Nb2O5为原料，采用固相法制备KSr2Nb5O15化合物，并利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试方法对样品进行了表征。XRD分析结果表明，1150℃焙烧2小时可合成纯度较高的KSr2Nb5O15粉末晶体，其衍射峰与JCPDS卡所给出的KSr2Nb5O15标准衍射数据几乎完全吻合。由SEM分析可知，1150℃焙烧2小时合成的KSr2Nb5O15有较好的结晶度，粒径分布比较均匀，大约在1到2μm之间。根据催化剂的紫外—可见漫反射光谱分析，发现其吸收带边为385nm左右。以酸性红G溶液模拟印染废水进行光催化降解实验，研究了光催化剂的投加量、酸性红G的初始浓度等因素对光催化降解率的影响。实验结果表明，降解酸性红G溶液，催化剂的最佳投加量为2.5g／L，在此投加量下，温度1150℃焙烧2小时合成的KSr2Nb5O15样品降解30mg／L酸性红G溶液，2小时后的降解率可达85％以上。反应过程不仅可以破坏酸性红G分子中的偶氮结构（-N=N-），也同样可以分解其苯环和奈环结构，且降解反应为一级反应，可以用L-H动力学方程描述。通过红外光谱、紫外—可见光谱对反应过程进行分析，对KSr2Nb5O15降解酸性红G的机理进行了讨论。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 印染废水的来源及水质特征
• 1.2 染料废水的处理方法及其进展
• 1.2.1 生物处理法
• 1.2.2 物理化学处理技术
• 1.2.3 化学处理技术
• 1.3 光催化氧化法简介
• 1.4 课题研究意义、目的及内容
• 2Nb₅O₁₅的制备及表征'>第2章 光催化剂KSr₂Nb₅O₁₅的制备及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂及实验仪器
• 2.1.2 样品的制备
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 粉晶X-射线衍射分析（XRD）
• 2.2.2 扫描电镜分析（SEM）
• 2.2.3 紫外可见漫反射光谱分析（UV-vis diffuse reflectance）
• 2.3 小结
• 2Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G的实验研究'>第3章 KSr₂Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G的实验研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂及实验仪器
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 染料最大吸收波长的确定
• 3.2.2 标准曲线的绘制
• 3.2.3 原料光催化实验
• 3.2.4 催化反应条件实验
• 3.2.5 焙烧温度对催化剂活性的影响
• 3.2.6 焙烧时间对催化剂活性的影响
• 3.2.7 催化剂投加量和降解率的关系
• 3.2.8 酸性红G初始浓度对降解率的影响
• 3.2.9 催化剂物质结构对催化活性的影响
• 3.3 小结
• 2Nb₅O₁₅降解酸性红G反应动力学研究'>第4章 KSr₂Nb₅O₁₅降解酸性红G反应动力学研究
• 4.1 实验部分
• 4.2 结果和讨论
• 2Nb₅O₁₅降解不同浓度酸性红G溶液的反应级数'>4.2.1 KSr₂Nb₅O₁₅降解不同浓度酸性红G溶液的反应级数
• 2Nb₅O₁₅降解酸性红G溶液的反应级数'>4.2.2 不同投加量的KSr₂Nb₅O₁₅降解酸性红G溶液的反应级数
• 4.3 小结
• 2Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G机理初探'>第5章 KSr₂Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G机理初探
• 5.1 半导体的多相光催化研究简介
• 2Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G的红外光谱分析'>5.2 KSr₂Nb₅O₁₅光催化降解酸性红G的红外光谱分析
• 2Nb₅O₁₅降解酸性红G的紫外-可见吸收光谱分析'>5.3 KSr₂Nb₅O₁₅降解酸性红G的紫外-可见吸收光谱分析
• 5.3.1 分析方法
• 5.3.2 酸性红G结构分析
• 2Nb₅O₁₅降解酸性红G溶液的紫外-可见吸收光谱分析'>5.3.3 KSr₂Nb₅O₁₅降解酸性红G溶液的紫外-可见吸收光谱分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢（一）
• 致谢（二）