CdS-TiO2/AC和CdO-TiO2纳米复合光催化剂性能和机理研究

论文摘要

半导体光催化具有室温深度反应和可以直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。宽禁带半导体TiO2作为光催化剂，性质稳定、无毒价廉、效率高，常温常压下即可操作，几乎可以无选择地氧化分解各种有机物；但仅能被紫外光激发；加之为了追求纳米级光催化剂的高活性，制备出的催化剂光吸收带边往往会因量子尺寸效应而进一步蓝移，因此如何高效利用可见光进行光催化反应已引起人们的兴趣。本课题开创了共沉淀法结合超临界流体干燥组合技术制备CdS-TiO2／AC，CdO-WiO2纳米复合光催化材料，筛选了制备工艺条件，优化了使用工艺条件，并对催化剂结构进行了XRD，IR，TEM测试，考察其光催化活性，讨论了光催化反应机理，取得了如下创新结论。1．负载型CdS-TiO2／AC纳米复合光催化剂最佳制备工艺：溶胶-凝胶法结合沉淀法，CdS复合量为1.75wt．％，m（TiO2）／m（AC）=1／3，110℃干燥，加入0.1v％H2O2作氧化剂，紫外光下降解1000mg·L-1丙烯酸溶液6h的降解率为97.9％；CdS复合量为24.59wt．％，350℃煅烧1h，加入0.17v％H2O2作氧化剂，可见光下6 h的降解率为95.3％。XRD结果表明CdS高度分散在锐钛矿TiO2晶格中，UV-Vis DRS结果表明：复合实现了TiO2光吸收向可见光转移。2．非负载型CdO-TiO2纳米复合光催化剂最佳制备工艺：共沉淀法结合超临界流体干燥组合技术，CdO％=5at.％，500℃煅烧1h，加入0.1v％的H2O2作氧化剂，紫外光下降解3000 mg·L-1丙烯酸溶液6h的降解率为94.4％。3．比较了采用不同干燥方式制备的CdO-TiO2纳米复合光催化剂性能，得出采用共沉淀法结合超临界流体组合技术（SCFD）制备的光催化剂催化活性最好，XRD结果表明CdO高度分散在锐钛矿TiO2晶格中，催化剂粒径在10nm左右；IR结果表明CdO少量掺杂的情况下，复合粒子里也可观测到CdO纳米粒子的存在。4．探讨了复合半导体中宽能带隙、低能导带的半导体微粒和窄能带隙、高能导带的半导体微粒复合体系CdS-TiO2／AC或CdS-TiO2和宽能带隙、高能导带的半导体微粒和窄能带隙、低能导带的半导体微粒复合体系CdO-TiO2体系紫外光和可见光下不同的光催化机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 丙烯酸工业废水处理技术与发展
• 1.2 半导体光催化剂的应用研究
• 1.2.1 半导体光催化研究的历史
• 1.2.2 半导体光催化的基本原理
• 1.2.3 半导体光催化在环保中的应用
• 1.2.4 二氧化钛光催化作用原理
• 1.2.5 影响二氧化钛活性的因素
• 2光催化剂的改性'>1.2.6 TiO₂光催化剂的改性
• 1.2.7 超临界流体干燥技术
• 1.2.8 复合半导体
• 1.2.9 负载型复合半导体
• 1.3 论文选题的目的和意义
• 2/AC紫外和可见光下的光催化研究'>第二章 负载型纳米复合光催化剂CdS-TiO₂/AC紫外和可见光下的光催化研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与设备
• 2.2.2 光催化反应实验装置
• 2.2.3 超临界流体干燥实验装置
• 2.2.4 负载型复合光催化剂的制备
• 2.2.5 负载型复合光催化剂的表征
• 2.2.6 负载型复合光催化反应评价
• 2.2.7 化学需氧量（COD）的测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 负载型复合光催化剂中CdS含量的测定
• 2.3.2 XRD测试结果分析
• 2.3.3 TEM测试结果分析
• 2.3.4 UV-VisDRS测试结果分析
• 2.3.5 CdS复合量对光催化活性的影响
• 2.3.6 载体对光催化活性的影响
• 2.3.7 煅烧温度对光催化活性的影响
• 2.3.8 催化剂用量对光催化活性的影响
• 2.3.9 pH值对光催化活性的影响
• 2.3.10 过氧化氢加入量对光催化活性的影响
• 2.3.11 紫外和可见光对光催化活性的影响
• 2.3.12 CODcr（化学耗氧量）的测试结果分析
• 2.4 小结
• 2紫外和可见光下的光催化研究'>第三章 超临界流体干燥技术制备的纳米复合光催化剂CdO-TiO₂紫外和可见光下的光催化研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与设备
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验流程
• 3.2.4 纳米复合光催化剂的制备
• 3.2.5 纳米复合光催化剂结构的表征
• 3.2.6 纳米复合光催化剂催化活性的测试
• 3.2.7 化学需氧量（COD）的测定方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 复合催化剂中CdO的含量
• 3.3.2 XRD 测试结果分析
• 3.3.3 FT-IR 测试结果分析
• 3.3.4 UV-Vis DRS测试结果分析
• 3.3.5 不同干燥方式对催化剂活性的影响
• 3.3.6 不同制备方法对催化剂活性的影响
• 3.3.7 CdO复合量对光催化剂活性的影响
• 3.3.8 过氧化氢加入量对催化剂活性的影响
• 3.3.9 紫外和可见光对催化剂活性的影响
• 3.3.10 CODcr（化学耗氧量）的测试结果分析
• 3.4 小结
• 2/4C和CdO-TiO₂纳米复合光催化剂的机理研究'>第四章 负载型复合光催化剂CdS-TiO₂/4C和CdO-TiO₂纳米复合光催化剂的机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 半导体能带结构
• 2/AC紫外和可见光光催化机理'>4.3 CdS-TiO₂/AC紫外和可见光光催化机理
• 2/AC紫外光光催化机理'>4.3.1 CdS-TiO₂/AC紫外光光催化机理
• 2/AC可见光光催化机理'>4.3.2 CdS-TiO₂/AC可见光光催化机理
• 2紫外和可见光光催化机理'>4.4 CdO-TiO₂紫外和可见光光催化机理
• 2紫外光光催化机理'>4.4.1 CdO-TiO₂紫外光光催化机理
• 2可见光光催化机理'>4.4.2 CdO-TiO₂可见光光催化机理
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书