掺杂透辉石的光催化性能研究

论文摘要

本文以含钛高炉渣中主要矿物之一的透辉石为研究对象。采用烧结合成法制备透辉石,探讨了透辉石在暗反应条件下吸附亚甲基蓝的特性,评价了纯透辉石的光催化活性,考察了金属离子对透辉石的掺杂改性,初步研究了透辉石光催化降解亚甲基蓝反应机理。通过对含钛高炉渣中主要矿相之一的透辉石研究,进一步探究含钛高炉渣的光催化性能,为含钛高炉渣运用于光催化材料的研究提供理论基础,对含钛高炉渣的生态化利用具有重要意义。应用CaCO3, MgO和Si02为原料,采用烧结的合成方法制备透辉石（MgO·CaO·2SiO2）,通过实验研究,获得透辉石合成的最佳温度。实验结果表明：通过XRD、SEM、FT-IR、UV-vis分析可知,在焙烧温度1400℃、焙烧时间3h条件下,能够制备出纯透辉石。初步探讨了透辉石在暗反应条件下吸附亚甲基蓝的特性,分析了透辉石投加量对其吸附亚甲基蓝的影响。实验结果表明：透辉石对亚甲基蓝的吸附比较符合Lungmuir型吸附等温式,饱和吸附量为0.835mg/g,透辉石对亚甲基蓝的吸附是化学吸附,亚甲基蓝在吸附过程中发生了化学反应。吸附在0.5h内达到吸附／脱附平衡,亚甲基蓝溶液浓度为5mg·L-1时,吸附去除率可达31%。研究了作为光催化标的物的亚甲基蓝特性,分别测定了亚甲基蓝的吸收曲线和标准曲线,并测定了亚甲基蓝自身在紫外光下降解的情况。结果表明：亚甲基蓝在紫外光照时间1h以内,光催化降解速率较快,当光照时间为1h,降解率为12%。在1h之后,随着光照时间的延长,亚甲基蓝自身紫外光光催化降解速率很慢,降解率基本保持不变,维持在12%左右。通过对于合成纯透辉石的研究,了解它是否具有光催化性能。结果表明：合成透辉石矿物对亚甲基蓝具有光催化降解效果,加入0.3g透辉石在紫外光（365rnm）下照射4h可使初始质量浓度为5mg/L并达到吸附平衡后的亚甲基蓝溶液降解28%,除去紫外光照射对亚甲基蓝的降解作用后仍可达16%；通过本实验研究,透辉石具有一定的光催化性,但纯的合成透辉石光催化效率较低。Fe3+掺杂透辉石的改性实验中,主要考察了掺杂量对透辉石光催化性能的影响。实验结果表明：利用浸渍焙烧的方法制备的合成产物为含铁透辉石,是铁元素取代透辉石中元素形成的；通过对不同Fe3+掺杂量下对亚甲基蓝的降解实验知,随着Fe3+掺杂量的增加,掺杂后的透辉石的光催化能力提高,当Fe3+掺杂量在1.848%时,光催化的能力达到最强,降解效果最好能达到91%,继续提高Fe3+掺杂量,光催化效果降低。钛掺杂透辉石的改性实验结果表明：通过对不同TiO2掺杂量下透辉石对亚甲基蓝的降解实验知,随着TiO2掺杂量的增加,掺杂后的透辉石的光催化能力提高,当TiO2掺杂量在3%时,光催化的能力达到最强,降解效果最好能达到76%,继续提高TiO2掺杂量,光催化效果降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光催化剂的作用原理
• 1.3 含钛高炉渣做光催化剂的研究
• 1.4 透辉石光催化特性研究
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 透辉石的制备
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 透辉石的表征方法
• 2.3 透辉石烧结制备原理
• 2.3.1 热力学条件
• 2.3.2 动力学条件
• 2.4 透辉石的制备条件
• 2.5 透辉石合成温度,形貌及特征分析
• 2.5.1 透辉石合成温度的确定
• 2.5.2 合成温度对产物显微形貌的影响
• 2.5.3 FTIR表征
• 2.5.4 UV-vis表征
• 2.6 小结
• 第3章 透辉石的光催化活性
• 3.1 吸收曲线与标准曲线的测定
• 3.1.1 吸收曲线的测定
• 3.1.2 标准曲线的测定
• 3.2 光催化实验装置及紫外光对亚甲基蓝催化实验
• 3.3 透辉石的吸附特性
• 3.3.1 吸附实验方法
• 3.3.2 平衡吸附率
• 3.3.3 吸附的光谱分析
• 3.4 透辉石的光催化活性
• 3.4.1 透辉石光催化性能测试
• 3.4.2 透辉石降解亚甲基蓝的光谱分析
• 3.4.3 透辉石投加量的影响
• 3.5 小结
• 3+掺杂对透辉石光催化性能的影响'>第4章 Fe³⁺掺杂对透辉石光催化性能的影响
• 4.1 实验原料及设备
• 3+掺杂透辉石的制备'>4.2 Fe³⁺掺杂透辉石的制备
• 3+掺杂量对透辉石性状的影响'>4.3 Fe³⁺掺杂量对透辉石性状的影响
• 3+掺杂透辉石的光催化活性'>4.4 Fe³⁺掺杂透辉石的光催化活性
• 3+掺杂含量对光催化反应动力学的影响'>4.5 Fe³⁺掺杂含量对光催化反应动力学的影响
• 4.6 小结
• 第5章 钛掺杂对透辉石的光催化性能的影响
• 5.1 钛掺杂透辉石的制备
• 5.2 钛掺杂透辉石的表征
• 5.3 钛掺杂透辉石的光催化活性
• 5.4 其他金属掺杂改性初探
• 5.5 不同掺杂物对透辉石光催化性能的影响
• 5.6 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参与的研究项目和研究成果
• 从事科学研究和学习经历的简历