几种复合型光催化剂的制备及其性质的研究

论文摘要

进入21世纪,人类社会正面临人口、资源、能源和环境问题的严峻挑战:而环境污染、能源短缺是其中最重要的问题。近年来,半导体光催化氧化技术在环境污染物降解方面的应用已成为当今各国环境保护领域科研工作者的研究热点之一。在众多半导体光催化剂中,纳米TiO2因其具有稳定性好、价廉、催化效率高、应用范围广等突出优点而倍受关注。本论文主要由以下四部分组成:第一部分:系统回顾了光催化材料的发展状况及存在的问题,全面阐述了纳米TiO2光催化技术在应用、改性、制备、载体等方面的研究情况,详细介绍了纳米TiO2光催化剂及其掺杂样品、载体制备方法、光催化活性评价及其表征实验方法。第二部分:以钛酸四丁酯为前躯物,采用溶胶-凝胶法制备了不同量的Pr掺杂的TiO2光催化剂,通过XRD,TG-DTA,AFM,UV-Vis,XPS,FIRT等手段对其进行了进一步的研究。利用酸性品红光催化降解实验评价了其光催化活性,并考察了各因素如pH值,烧结温度,掺杂量等对光催化性能的影响。实验结果表明,催化剂的最佳掺杂量为0.8%时,其相应的最佳用量为0.04g/25ml,Pr2O3的掺杂使TiO2的粒径减小,比表面积增大,催化活性增强。第三部分:以钠基蒙脱土（简称MMT）为载体,利用钛酸四丁酯溶胶凝胶法将纳米TiO2和La2O3引入到蒙脱土层间,经500℃煅烧后得到稳定结构的TiO2柱撑蒙脱土,合成出载镧/二氧化钛柱撑蒙脱土复合光催化剂（La-TiO2/MMT）。通过XRD,TG-DTA,UV-Vis,FIRT等分析方法对复合光催化剂的物相组成、晶相等物化性质进行了表征。对降解品红的光催化活性测试表明光催化活性:La-TiO2/MMT＞TiO2/MMT＞TiO2,其中La-TiO2/MMT由于柱化后具有较大的比表面积和La的负载改性而具有最高的光催化活性。第四部分:本实验利用柠檬酸法合成了钙钛矿型复合氧化物LaFe1-xCoxO3并以它为光催化剂对水溶性染料进行光催化降解实验,考察了不同量和不同光照时间对降解脱色率的影响,用XRD,TG-DTA,FIRT等分析方法对复合光催化剂的物相组成、晶相等物化性质进行了表征。结果表明LaFe1-xCoxO3均具有较强的光催化活性,但LaCoO3的光催化活性明显高于La FeO3。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1 半导体光催化反应的机理
• 2 半导体光催化速率的影响因素
• 2.1 反应器的影响
• 2.2 反应温度的影响
• 2.3 半导体晶型的影响
• 2.4 光强和光源的影响
• 2.5 溶解氧的影响
• 2.6 晶粒尺寸对光催化活性的影响
• 2.7 pH值的影响
• 2.8 溶液中盐的影响
• 3. 提高半导体光催化剂活性的主要方法
• 3.1 半导体催化剂纳米化
• 3.2 掺杂金属离子
• 3.2.1 过渡金属离子
• 3.2.2 稀土离子的掺杂
• 3.3 非金属离子掺杂
• 3.4 贵金属在催化剂表面沉积
• 3.5 半导体复合
• 3.6 表面光敏化
• 3.7 二氧化钛表面的超强酸化
• 3.8 表面螯合及衍生作用
• 3.9 半导体光催化剂的负载
• 4. 新型光催化剂的发展
• 5. 半导体光催化剂的主要应用
• 5.1 污水的处理
• 5.2 净化空气
• 5.3 抗菌，杀毒
• 6. 光催化材料的应用前景展望及存在的问题
• 7. 课题研究背景、内容及意义
• 参考文献
• 2光催化剂的制备及其催化性能研究'>第二章 Pr掺杂TiO₂光催化剂的制备及其催化性能研究
• 1 实验部分
• 1.1 试剂及仪器
• 1.2 催化剂的制备
• 1.3 品红的光催化降解试验
• 2 结果与讨论
• 2.1 红外光谱分析
• 2.2 TG-DTA分析
• 2.3 样品的XRD及AFM表面形貌分析
• 2.4 掺杂量对催化剂活性的影响
• 2.5 催化剂用量
• 2.6 焙烧温度对催化活性的影响
• 2.7 XPS成分分析
• 2.8 紫外-可见光漫反射吸收光谱
• 2.9 pH的影响
• 2.10 染料的起始浓度的影响
• 2.11 光源的选择
• 3 结论
• 参考文献
• 2/膨润土复合光催化剂的制备及性质研究'>第三章 镧-TiO₂/膨润土复合光催化剂的制备及性质研究
• 1. 实验部分
• 2蒙脱土纳米复合光催化剂的制备'>1.1 镧掺杂TiO₂蒙脱土纳米复合光催化剂的制备
• 1.2 纳米复合光催化剂表征
• 1.3 光催化降解实验
• 2. 结果与讨论
• 2.1 纳米复合光催化剂XRD的表征
• 2.2 TG-DTA分析
• 2.3 光催化剂的红外光谱图
• 2.4 紫外可见光漫反射分析
• 2.5 光催化活性评价实验
• 2.6 蒙脱土复合光催化剂的的再生使用效果
• 3 光催化的理论探讨
• 4. 结论
• 参考文献
• 1-xCo_xO₃的光催化制备及性质研究'>第四章 钙钛矿型LaFe_1-xCo_xO₃的光催化制备及性质研究
• 1. 实验部分
• 1.1 仪器和试剂
• 1-xCo_xO₃的制备及表征'>1.2 系列LaFe_1-xCo_xO₃的制备及表征
• 1.3 光催化活性的评价
• 2. 结果与讨论
• 2.1 光催化剂的物相分析
• 2.2 热重分析
• 2.3 红外光谱分析
• 1-xCo_xO₃的光催化活性'>2.4 光催化剂LaFe_1-xCo_xO₃的光催化活性
• 2.5 染料脱色与光照时间的关系
• 2.6 催化剂用量与脱色率的关系
• 1-xCo_xO₃光催化活性理论分析'>2.7 LaFe_1-xCo_xO₃光催化活性理论分析
• 3. 结论
• 参考文献
• 科研情况
• 致谢