磁性铁氧体基纳米复合材料的制备及吸附和光催化性能研究

发布时间：2016-12-12 19:29

  本文关键词：磁性铁氧体基纳米复合材料的制备及吸附和光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《武汉科技大学》 2015年

磁性铁氧体基纳米复合材料的制备及吸附和光催化性能研究

李晓敏  

【摘要】：我国境内的水体污染是水资源保护领域面临的重大难题，它不仅会加剧水资源的短缺，还会给生态环境造成毁灭性破坏。在众多水处理技术中，以纳米半导体材料为催化剂的光催化氧化技术已成为近年来获得广泛关注的一种新型技术。当前广泛研究的半导体纳米粉体材料具有多种特殊的物理化学特性，在光催化和吸附等领域已表现出了多种优异的性能，在处理水体中难降解有机污染物方面具有潜在的应用前景。但同时，常见的单一半导体纳米粉体材料在光催化处理水体中有机污染物时，还存在量子效率较低、可见光利用率较低和难回收利用等问题，阻碍了其在水体污染治理中的直接应用。为此开发出具有高效光催化活性和容易回收利用的磁性铁氧体复合半导体光催化剂，对于半导体光催化剂的规模化应用具有重要理论意义和实践价值。 本论文的研究重点是利用溶剂热法制备具有较强磁性和稳定性的纳米铁氧体材料，并以其作为载体，在低温液相条件下，采用外部负载法分别制备铁氧体/无机半导体、铁氧体/有机半导体和铁氧体/有机半导体/贵金属纳米复合材料。并以水溶液中的有机偶氮染料为模拟污染物，研究纳米复合材料的光催化性能、吸附性能和磁性回收性能。主要研究成果如下： (1)采用溶剂热法制备出了Fe3O4纳米多晶微球，在此基础上采用溶胶凝胶法和焙烧法制备了Fe3O4/BaTiO3纳米复合材料，并利用XRD，SEM和VSM等测试技术对样品进行了表征。重点考察了焙烧时的升降温速率和焙烧温度对Fe3O4/BaTiO3纳米复合材料晶体结构和微观形貌的影响，并评估了样品在紫外光照射下催化降解水溶液中偶氮染料的活性。研究结果表明：在氮气保护和快速升降温的实验条件下，700oC下焙烧0.5h可以获得尺寸均一、单分散性好的类立方体形状的Fe3O4/BaTiO3核壳结构纳米复合材料。该复合材料具有较强的饱和磁化强度和良好的磁响应特性，因此具有良好的可回收性能。光催化实验表明该复合材料在紫外光照射下可降解偶氮染料，但其量子效率较低，光催化活性仍不理想。 (2)以Fe3O4纳米多晶微球为载体，采用自由基聚合和化学还原的方法，在其表面负载兼具良好吸附性能和光催化活性的聚合物聚吡咯(PPy)和贵金属银，分别制备了Fe3O4/PPy，Fe3O4/PPy/Ag和Fe3O4/Ag/PPy纳米复合材料，并对它们进行了表征。同时研究了Fe3O4/PPy纳米复合材料对水中偶氮染料的吸附性能，并评估了Fe3O4/PPy，Fe3O4/PPy/Ag和Fe3O4/Ag/PPy纳米复合材料在紫外光和可见光照射下催化降解水溶液中偶氮染料的活性。重点考察了贵金属银的负载位置和负载量与纳米复合材料的光催化性能之间的关系。研究结果表明：Fe3O4/PPy对水中的偶氮染料具有较强的吸附能力，其吸附性能主要受到初始pH值、吸附时间、染料初始浓度和吸附温度的影响，该吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型。该纳米复合材料具有较强的饱和磁化强度，使用后可通过外加磁场的方式回收，且再生容易。但由于Fe3O4化学性质不稳定，易被空气氧化而丧失磁性，导致Fe3O4/PPy磁性回收性能不稳定。银的负载位置和负载量会影响Fe3O4/PPy/Ag和Fe3O4/Ag/PPy纳米复合材料的光催化性能，在紫外光和可见光照射下，先负载Ag后负载PPy，且银的负载量较大时制备出来的Fe3O4/Ag(more)/PPy纳米复合材料的光催化活性均最强。相对于Fe3O4/BaTiO3核壳结构纳米复合材料，在紫外光照射下该复合材料的光催化活性更强，光催化性能提升明显。 (3)为了克服Fe3O4易氧化、磁性不稳定的缺点，选择更加稳定的γ-Fe2O3纳米颗粒替代Fe3O4纳米多晶微球，采用相同的制备方法分别制备了Fe2O3/PPy，Fe2O3/PPy/Ag和Fe2O3/Ag/PPy纳米复合材料，并对它们进行了表征。同时研究了Fe2O3/PPy纳米复合材料对水中偶氮染料的吸附性能，，并评估了Fe2O3/PPy，Fe2O3/PPy/Ag和Fe2O3/Ag/PPy纳米复合材料在紫外光和可见光照射下催化降解水溶液中偶氮染料的活性。结果表明：Fe2O3/PPy吸附水中偶氮染料过程的规律与Fe3O4/PPy的规律相似，但其吸附性能要明显强于Fe3O4/PPy，其原因是Fe2O3/PPy的比表面积更大。该纳米复合材料具有较强的磁响应能力，可磁性回收，通过碱液洗涤的方式即可再生，并可重复多次使用。同时，该纳米复合材料不会被空气氧化，化学性质和磁性稳定，多次使用之后仍具有良好的磁性回收性能。在光催化实验中，先负载Ag后负载PPy，且银的负载量较大时制备出来的Fe2O3/Ag(more)/PPy纳米复合材料在紫外光和可见光照射下的光催化活性均最强。通过与Fe3O4/BaTiO3和Fe3O4/Ag(more)/PPy纳米复合材料对比可知，该Fe2O3/Ag(more)/PPy纳米复合材料不仅磁性最稳定，且光催化活性也最强。

【关键词】：
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高勇;纳米材料的性能及制备技术[J];兵器材料科学与工程;1997年06期

2 尉继英;张振中;张兰;孟弼芳;江锋;;Au/α-Fe_2O_3 催化剂上金活性物种的分析(英文)[J];稀有金属材料与工程;2012年03期

3 陈亚非,高翔,骆仲泱,李绚天,周劲松,倪明江,岑可法;金属氧化物对Ca(OH)_2脱硫影响的研究[J];工程热物理学报;1997年04期

4 姚桂焕;王芳;陆芳;侯家涛;归柯庭;;铁基磁流化床选择性催化还原烟气脱硝[J];工程热物理学报;2009年06期

5 王爱民,杨立红,张素娟,姜桂兰;电化学方法治理含染料废水的现状与进展[J];工业水处理;2001年08期

6 Marcilene Ferrari Barriquello;N.Consolin-Filho;E.R.Carvalho;M.Y.Kamogawa;Martin-Neto;龚佑辉;;用合成腐植酸模型研究腐植酸中铜(Ⅱ)的吸附行为[J];腐植酸;2010年04期

7 冯琳,宋延林,万梅香,江雷;磁性氧化铁纳米粒子的研究进展[J];科学通报;2001年16期

8 陶玉贵;曹宁;宋旸;孙忆晨;金成;;TiO_2/ZnO纳米复合材料的制备及表征[J];化工新型材料;2013年06期

9 ;Photocatalytic degradation of MO by complex nanometer particles WO_3/TiO_2[J];Rare Metals;2006年06期

10 徐涛;刘晓勤;;花生壳活性炭的表征,表面改性及吸附脱除水中Pb~(2+)离子(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2008年03期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩名君;赵阳;柯导明;;部分重叠双栅MOSFET特性的研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2012年02期

2 陈慧;袁建梅;张茂林;陈嘉鑫;安太成;盛国英;傅家谟;;Pt掺杂TiO_2纳米粉体的制备及其光催化活性研究[J];安全与环境学报;2005年06期

3 易萍;CCD输出二极管反向漏电机理的研究[J];半导体光电;2001年06期

4 王兰喜;陈学康;王瑞;曹生珠;;晶界对AlGaN薄膜紫外探测器时间响应特性的影响[J];半导体光电;2010年01期

5 曹群;牟维兵;杨翰飞;杨治美;龚敏;;6H-SiC热氧化层高温漏电及红外光谱表征研究[J];半导体光电;2010年05期

6 张松;席曦;王振交;唐宁;季静佳;李果华;;链式氧化制备SiO_2膜的研究[J];半导体光电;2012年02期

7 牛沈军;王建利;兰天平;;VB-GaAs晶体生长技术中掺Si浓度的控制[J];半导体技术;2006年07期

8 李若凡;武一宾;杨瑞霞;马永强;商耀辉;牛晨亮;;电化学C-V法对载流子浓度纵向分布的精确测量[J];半导体技术;2007年09期

9 朱少博;孙伟锋;李海松;陆生礼;;50 V LDMOS漏电容非线性研究[J];半导体技术;2007年12期

10 赵懿昊;陈宏泰;陈国鹰;杨红伟;赵润;彭海涛;;高效率808nm激光器的数值模拟研究[J];半导体技术;2008年04期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 程乘;SOA非线性应用关键参数的测量[D];华中科技大学;2010年

2 杨洪东;硅基应变引入方法与MOS器件相关基础研究[D];电子科技大学;2010年

3 汪青;溶胶—凝胶技术在纺织品多功能整理中的应用[D];东华大学;2010年

4 龚丽;ZnO基透明导电膜的制备与掺杂研究[D];浙江大学;2011年

5 马铭;超顺磁性氧化铁和LSMO/BCFO复合多铁薄膜的制备及其物性研究[D];华中科技大学;2011年

6 李海涛;氧化物薄膜忆阻器的材料选择与行为机制研究[D];南京大学;2011年

7 季梅;氧化钆掺杂对氧化铪高K栅介质氧空位抑制作用及电学性能研究[D];北京有色金属研究总院;2010年

8 张云;新型螯合吸附剂的制备及其对重金属微污染废水的净化处理研究[D];兰州大学;2011年

9 贺颖;射频域巨介电/铁氧体磁电双性能材料与器件研究[D];电子科技大学;2011年

10 陈达;3C-SiC/Si异质外延生长与肖特基二极管伏安特性的研究[D];西安电子科技大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 叶锦韶,尹华,彭辉,贾宗剑;重金属的生物吸附研究进展[J];城市环境与城市生态;2001年03期

2 王士文,秦永宁,赵玉娟;Cr_2O_3-Al_2O_3催化剂半导性对催化性能的影响[J];催化学报;1993年03期

3 秦亮生,银董红,刘建福,黎成勇;介孔Al_2O_3负载纳米Au催化剂用于低温催化氧化CO[J];催化学报;2005年08期

4 邹旭华;齐世学;索掌怀;安立敦;李峰;;CO低温氧化AU/AL_2O_3催化剂的失活及稳定性[J];催化学报;2006年02期

5 李常艳;沈岳年;胡瑞生;贾美林;盛世善;;Au/Fe-O催化剂活性组分在CO催化氧化反应中的存在状态[J];催化学报;2006年03期

6 刘清雅;刘振宇;李成岳;;NH_3在选择性催化还原NO过程中的吸附与活化[J];催化学报;2006年07期

7 吕倩;孟明;查宇清;;高热稳定性纳米Au/TiO_2催化剂的制备与表征[J];催化学报;2006年12期

8 王东辉;董同欣;史喜成;郝郑平;;纳米金催化剂的存放失活[J];催化学报;2007年02期

9 李露;张云怀;肖鹏;;ZnO-TiO_2纳米复合物的制备及应用研究[J];材料导报;2009年S1期

10 陈繁忠,李穗中;废水净化的电化学技术进展[J];重庆环境科学;1997年06期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 舒中俊,漆宗能,王佛松;聚合物阻燃新途径——聚合物/粘土纳米复合材料的特殊阻燃性[J];高分子通报;2000年04期

2 李同年,周持兴;聚酰胺/粘土纳米复合材料[J];功能高分子学报;2000年01期

3 王慧菊;1999年中国高分子纳米复合材料研究与应用文摘[J];化工新型材料;2000年02期

4 王德禧,李蕴能,李兰,孟丽萍;世界塑料新材料发展概况(2)——纳米复合材料[J];塑料;2000年02期

5 钟立;聚合物-粘土纳米复合材料[J];益阳师专学报;2001年03期

6 F.Mazaleyrat ,L.K.Varga ,秦添艳;铁磁纳米复合材料[J];上海钢研;2002年03期

7 胡源,汪少锋,宋磊,陈祖耀,范维澄;聚合物/层状粘土纳米复合材料阻燃性能研究进展[J];高分子材料科学与工程;2003年04期

8 刘书惠;《纳米复合材料》[J];稀有金属快报;2003年02期

9 李新贵,曾剑峰,黄美荣;新型聚苯胺纳米复合材料研究进展[J];合成材料老化与应用;2004年01期

10 刘立华;纳米复合材料的应用现状及前景展望[J];唐山师范学院学报;2004年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 范文娟;侯文静;朱从山;周正发;徐卫兵;任凤梅;;掺铜ZnS/MAA-co-HFBA纤维纳米复合材料的制备与耐光降解性能[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

2 彭峰;翟兰兰;刘若望;袁继新;;水性聚氨酯纳米复合材料的研究进展[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年

3 冯西桥;;聚合物——分层硅酸盐纳米复合材料有效模量的细观力学分析[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

4 魏连启;余剑英;;酚醛树脂/有机蛭石纳米复合材料的制备与结构表征[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年

5 王平;;阻燃聚合物/粘土纳米复合材料研究进展[A];2005年全国阻燃学术年会论文集[C];2005年

6 刘天西;;Nanoindentation在聚合物及其纳米复合材料研究中的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

7 冯芳;刘预;赵斌元;胡克鳌;;羟基磷灰石/壳聚糖纳米复合材料的制备研究[A];中国复合材料学术研讨会论文集[C];2005年

8 南江林;;阻燃聚合物／粘土纳米复合材料研究进展[A];2006全国阻燃学术年会论文集[C];2006年

9 祖丽华;李青山;;聚(丙烯腈-乙酸乙烯酯)／黄粘土纳米复合材料研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年

10 辛建泉;尚亚超;沈少雄;刘雪莹;刘文涛;朱诚身;何素芹;;尼龙1010/蛭石纳米复合材料阻燃性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 宋玉春;[N];中国石化报;2005年

2 李闻芝;[N];中国化工报;2004年

3 李伟;[N];中国化工报;2004年

4 渤海投资 周延;[N];证券时报;2004年

5 唐伟家 吴汾 李茂彦;[N];中国包装报;2008年

6 华凌;[N];中国化工报;2014年

7 塑化;[N];国际商报;2003年

8 唐伟家 吴汾 李茂彦;[N];中国包装报;2008年

9 本报记者 王海霞;[N];中国能源报;2009年

10 刘霞;[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘佳;智能方法在聚合物/无机物纳米复合材料研究中的应用[D];吉林大学;2008年

2 崔哲;聚丙烯/三元乙丙橡胶/膨胀阻燃剂/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备和性能研究[D];中国科学技术大学;2009年

3 邱龙臻;聚合物基层状双氢氧化物和氢氧化镁纳米复合材料的研究[D];中国科学技术大学;2006年

4 王成双;大豆油基聚氨酯的改性及其纳米复合材料的制备与表征[D];南京大学;2012年

5 王岩岩;多功能纳米复合材料的制备、表征及其光、磁、传感等性能的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

6 张天水;聚酯合金基纳米复合材料的制备和性能[D];华东理工大学;2010年

7 叶欣;高性能橡胶纳米复合材料的制备及结构性能研究[D];北京化工大学;2010年

8 王海涛;聚合物/无机物纳米复合材料的制备和性能研究[D];复旦大学;2005年

9 黄明福;环境友好热塑性淀粉/蒙脱石纳米复合材料的研究[D];天津大学;2005年

10 王柯;聚丙烯基纳米复合材料中介观粘土网络及其对大分子链松弛和取向行为的影响[D];四川大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 午海霞;聚合物/磷（膦）酸锆纳米复合材料结构和性能研究[D];西南大学;2010年

2 张庆锋;聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合材料的制备及表征[D];浙江大学;2004年

3 张乐乐;纳米复合材料中表面/界面效应对动应力的影响[D];石家庄铁道大学;2011年

4 鲁秀玲;聚乳酸/醋酸淀粉共混物及其纳米复合材料的制备与高压釜发泡[D];华南理工大学;2012年

5 马春华;石墨烯基二维纳米复合材料的锂电性能研究[D];东北大学;2011年

6 史星伟;聚苯胺纳米复合材料的合成和性能研究[D];兰州理工大学;2009年

7 张弘胤;尼龙6/高岭土纳米复合材料的制备及性能研究[D];中北大学;2009年

8 王冬霞;两种聚合方式对不同质量比的纳米复合材料力学性能的研究[D];佳木斯大学;2009年

9 曹斌;多孔碳/金属纳米复合材料的制备及电磁性能研究[D];上海交通大学;2010年

10 王洪涛;黏土/超细全硫化粉末橡胶/橡胶三元纳米复合材料的制备与性能研究[D];北京化工大学;2009年

  本文关键词：磁性铁氧体基纳米复合材料的制备及吸附和光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：211100