碘掺杂TiO2及磁性碘掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化活性

论文摘要

碘掺杂二氧化钛（I-TiO2）可以大大提高TiO2对可见光的利用率，因此研究I-TiO2制备条件对光催化活性的影响、I-TiO2光催化作用机理及磁性碘掺杂TiO2的光催化活性具有非常重要的意义。本文制备和表征了可见光催化剂I-TiO2和新型磁性纳米I-TiO2/SiO2/Fe3O4光催化剂（ITSF），并选择苯酚作为目标污染物，研究I-TiO2和ITSF的可见光催化活性。I-TiO2催化剂采用X射线衍射（XRD）作为表征手段，研究了I-TiO2光催化剂最佳制备条件与光催化活性之间的关系。XRD表征结果显示I-TiO2催化剂由锐钛矿相和金红石相组成。可见光下，以苯酚为目标污染物，评价了I-TiO2催化剂的光催化性能。结果表明，碘钛比为20%，水量体积为300mL，水解温度为20oC和煅烧温度为400oC的制备条件下，催化剂的光催化活性最优。通过反应体系中自由基捕获剂的引入及降低溶解氧，证实光生空穴或吸附的羟基自由基在本光催化反应过程中起着主要作用。在ITSF光催化降解苯酚的实验中，以二氧化硅包裹的四氧化三铁（SF）作为磁核，通过改进制备方法合成了一系列不同形貌的可见光驱动新型磁性纳米光催化剂ITSF。通过XRD、TEM、EDX和VSM等全面表征分析ITSF催化剂物理化学性质与光催化活性之间的关系，并对其磁性能及光催化活性进行研究。透射电子显微镜和X射线衍射表征结果显示ITSF纳米粒子为三元结构，即以Fe3O4为内核、二氧化硅为中间层、I-TiO2为外壳，其中TiO2为锐钛矿和金红石混相结构。振动样品磁强计磁性测量结果表明，ITSF表现出良好的超顺磁性，包裹上非磁性的I-TiO2层后，四氧化三铁的磁饱和强度下降。通过对苯酚水溶液的降解反应来评估催化剂的光催化活性。结果表明，随着TiO2含量的增加，多功能混合磁铁矿纳米粒子的光催化活性提高，同时复合粒子的磁性降低。有效降解苯酚的I/TiO2最佳摩尔比为1:10。SF磁核的存在有利于I-TiO2光催化剂的分离和回收。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 2光催化原理'>1.1 TiO₂光催化原理
• 2光催化影响因素'>1.2 TiO₂光催化影响因素
• 1.2.1 晶型
• 1.2.2 晶粒尺寸
• 2表面特性'>1.2.3 TiO₂表面特性
• 2可见光改性'>1.3 TiO₂可见光改性
• 1.3.1 贵金属修饰
• 1.3.2 半导体复合
• 1.3.3 表面螯合及衍生作用
• 1.3.4 光敏化
• 1.3.5 金属离子掺杂
• 1.3.6 非金属离子掺杂
• 2光催化剂的磁性研究'>1.4 磁载 TiO₂光催化剂的磁性研究
• 1.4.1 磁学特性
• 1.4.2 磁性机理
• 2光催化剂磁核的制备'>1.5 磁载 TiO₂光催化剂磁核的制备
• 1.5.1 溶胶-凝胶法
• 1.5.2 共沉淀法
• 1.5.3 微乳液法
• 1.5.4 水热法
• 2光催化剂的优化'>1.6 磁载 TiO₂光催化剂的优化
• 1.6.1 磁核的优化
• 2光催化剂的优化'>1.6.2 磁性 TiO₂光催化剂的优化
• 1.7 本论文研究目的、研究内容及特色
• 第二章 实验与分析
• 2.1 实验材料与设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验材料与设备
• 2.2 实验装置
• 2.3 可见光催化剂的制备与表征
• 2催化剂的制备和表征'>2.3.1 I-TiO₂催化剂的制备和表征
• 2催化剂的制备和表征'>2.3.2 磁性 I-TiO₂催化剂的制备和表征
• 2.4 实验过程
• 2光催化降解苯酚'>2.4.1 I-TiO₂光催化降解苯酚
• 2光催化降解苯酚'>2.4.2 磁性 I-TiO₂光催化降解苯酚
• 2.5 产物分析
• 第三章 实验结果与讨论
• 2催化剂可见光降解苯酚'>3.1 I-TiO₂催化剂可见光降解苯酚
• 3.1.1 碘掺杂量
• 3.1.2 水量
• 3.1.3 水解温度
• 3.1.4 煅烧温度
• 2鼓入对苯酚降解的影响'>3.1.5 自由基抑制剂及 N₂鼓入对苯酚降解的影响
• 3.1.6 小结
• 2光催化剂可见光降解苯酚'>3.2 磁性 I-TiO₂光催化剂可见光降解苯酚
• 3.2.1 XRD 研究
• 3.2.2 TEM-EDX 形貌及元素分析
• 3.2.3 VSM 磁性测试
• 3.2.4 I/Ti 摩尔比对光催化性能影响
• 3.2.5 Ti/Fe 摩尔比对光催化性能影响
• 3.2.6 磁核对光催化性能影响
• 3.2.7 小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文