铌酸盐光催化剂的合成及性能研究

论文摘要

近年来,铌酸盐优越的物理化学性能与光催化活性引起了人们广泛的重视。铌酸盐在光催化分解水和光催化降解有机物方面具有优越的性能。苯酚是一种较难降解的有机物,特别是在工业废水中含有的苯酚如何去除一直是研究者感兴趣的课题。本研究探讨了铌酸盐K2Nb4O11的合成条件以及对苯酚的光催化降解性能。实验采用固相反应法制备了铌酸钾K2Nb4O11光催化剂。并运用扫描电镜（SEM）、X—射线粉末衍射（XRD）和紫外—可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等表征手段,研究了催化剂的晶体结构、粒子形貌以及对紫外—可见漫反射光谱的吸收特征,探讨了K2CO3/Nb2O5摩尔比、升温速率、焙烧温度、焙烧时间等因素对催化剂的结构、产品纯度等特征的影响,确定了合适的制备K2Nb4O11工艺。并以苯酚作为目标降解物评价铌酸钾K2Nb4O11的光催化活性,考察了铌酸钾光催化剂的制备条件对苯酚光催化降解活性的影响。研究表明,碳酸钾与五氧化二铌的摩尔比是影响产品的晶相结构和纯度的一个主要因素,随着碳酸钾与五氧化二铌的摩尔比增加（即按反应计量计算,碳酸钾过量的量增加）,产品越纯,结晶度越好,其次是焙烧温度的影响,随着焙烧温度的升高,产品纯度和结晶度都增加,升温速率也是影响产品结构与结晶度的一个因素。分析结果表明,碳酸钾过量10%,升温速率为1℃/min,焙烧温度为1100℃,焙烧时间为24h时,能制得较纯的四方晶系铌酸钾K2Nb4O11晶体。晶体呈立方柱状,晶粒长度约为1-2μm。对K2Nb4O11光催化活性的研究表明,在合适的条件下,该催化剂对苯酚的光催化降解具有一定的催化活性,当催化剂用量为25mg/100mL,苯酚浓度为100mg/L时,制得的铌酸钾K2Nb4O11在实验条件下具有较好的光催化活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Contents
• 第一章 文献综述
• 1.1 多酸盐光催化化学
• 1.1.1 多酸盐简介
• 1.1.2 多酸盐光催化原理
• 1.1.3 多酸盐光催化的应用及发展
• 1.1.4 多酸盐与半导体型氧化物光催化活性的比较
• 1.2 铌酸盐光催化材料的合成方法
• 1.2.1 固相反应法
• 1.2.2 水热法
• 1.2.3 共沉淀法
• 1.2.4 柠檬酸络合法
• 1.2.5 溶胶—凝胶法
• 1.3 铌酸盐光催化材料的应用
• 1.3.1 光催化分解水
• 1.3.2 光催化降解有机污染物
• 1.4 课题的研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 催化剂的制备
• 2.2 催化剂的活性测试
• 2.3 催化剂表征
• 2.3.1 X—射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.2 紫外—可见漫反射光谱（UV-vis DRS）
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）
• 2.4 实验试剂和仪器
• 第三章 催化剂的表征
• 3.1 制备条件对产物及晶相结构的影响
• 3.1.1 反应物配比对铌酸钾晶型的影响
• 2Nb₄O₁₁晶型的影响'>3.1.2 焙烧温度对铌酸钾K₂Nb₄O₁₁晶型的影响
• 2Nb₄O₁₁晶型的影响'>3.1.3 焙烧时间对铌酸钾K₂Nb₄O₁₁晶型的影响
• 2Nb₄O₁₁晶型的影响'>3.1.4 碳酸钾的量对铌酸钾K₂Nb₄O₁₁晶型的影响
• 2Nb₄O₁₁晶型的影响'>3.1.5 升温速率对铌酸钾K₂Nb₄O₁₁晶型的影响
• 3.1.6 结论
• 3.2 铌酸钾对紫外—可见漫反射光谱的响应
• 3.3 铌酸钾晶体形貌
• 第四章 催化剂活性测试
• 4.1 反应初始条件的确定
• 4.1.1 催化剂用量对光催化效果的影响
• 4.1.2 反应初始浓度对光催化效果的影响
• 4.2 不同条件下制备的铌酸钾光催化活性
• 4.2.1 焙烧温度对铌酸钾光催化活性的影响
• 4.2.2 焙烧时间对铌酸钾光催化活性的影响
• 4.2.3 碳酸钾的量对铌酸钾光催化活性的影响
• 4.2.4 升温速率对铌酸钾光催化活性的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果