胶体晶体模板法制备多孔复合材料及其性能研究

发布时间：2020-06-13 07:08

【摘要】：现如今,有机染料通常用于工业生产,如造纸、塑料、纺织品何橡胶。哪怕是低溶度的有机染料也高度可见,那些有色废水进入河流或地表水系统,严重扰乱生态环境。一方面,光催化技术能源消耗低,另一方面,反应条件易于控制,无二次污染。当前被认为是应用价值最高的污水处理方法,因此研究复合光催化剂对有机染料的降解具有现实意义。通常,采用胶体晶体模板法合成有序多孔材料,该法具有过程简单、方式快捷和可重复性高等优点。二氧化钛(TiO_2)广泛地应用于光催化领域,将氮掺杂的二氧化钛(N-TiO_2)负载于煅烧后的有序多孔镁铝水滑石复合氧化物(MgAl-LDO)表面,制备兼具光催化以及吸附性能的氮掺杂二氧化钛-多孔镁铝水滑石复合氧化物材料(N-TiO_2-多孔MgAl-LDO复合材料)。研究复合材料在模拟光照条件下,降解甲基橙和罗丹明B的光催化性能。本论文主要分为三个部分:(1)采用三聚氰胺、甲醛溶液为原料,通过沉淀聚合制备粒径约1μm的单分散MF微球。通过重力沉积,得到三聚氰胺-甲醛(MF)微球胶体晶体模板。采用共沉淀法制备镁铝水滑石溶液,将其作为前驱体溶液浸入MF微球模板间48 h。经过干燥后于500°C条件下煅烧2 h去除模板,得到多孔MgAl-LDO材料。探究不同镁铝水滑石溶液的用量、不同煅烧温度对多孔MgAl-LDO材料形貌与结构的影响。结果表明,当前驱体溶液的用量为10 wt.%,煅烧温度为500°C条件下得到的多孔MgAl-LDO材料的孔洞有序性好、孔径大小均一且排列整齐,比表面积达到57.13 m~2/g。(2)以尿素为氮源,制备N-TiO_2,以多孔MgAl-LDO材料为催化剂载体,将N-TiO_2灌注至催化剂载体中,经过煅烧后得到锐钛矿晶型的N-TiO_2。探究N-TiO_2的用量对N-TiO_2-多孔MgAl-LDO复合材料形貌与结构的影响。结果表明,当N-TiO_2的用量为15 wt.%时,所得的N-TiO_2-多孔MgAl-LDO复合材料的表面平整,且孔结构较好。N-TiO_2-多孔MgAl-LDO复合材料的比表面积达到38.42 m~2/g。(3)以N-TiO_2-多孔MgAl-LDO复合材料为复合光催化剂,降解甲基橙和罗丹明B目标降解液。改变煅烧温度、N-TiO_2的用量、煅烧时间、复合光催化剂的用量等变量,测试复合光催化剂降解甲基橙和罗丹明B溶液的光催化性能。结果表明,当煅烧温度为500°C、N-TiO_2的用量为15 wt.%、煅烧时间为2 h、复合光催化剂的用量为200 mg时,光催化剂降解甲基橙均在180 min时达到最高降解率,分别为90.67%、96.07%、94.33%、94.12%。当煅烧温度为500°C、N-TiO_2的用量为10 wt.%、煅烧时间为2 h、复合光催化剂的用量为150 mg时时,光催化降解罗丹明B的均在180 min时达到最高降解率,分别为94.01%、96.07%、96.98%、94.21%。
【图文】：

水镁石,晶层,八面体

常的范围为 0.17~0.33，，m 代表层板间 H2O 分子数。通常水水镁石相似。图 1-1 是水镁石 Mg(OH)2的结构[3]，八面 OH-，八面体中心是 Mg2+。八面体通过相互连接组成二维层。水滑石类化合物就是由类似这种二元晶层和晶层间的层状结构，其结构如图 1-2 所示[4]。

结构图,水滑石化合物,结构图,水镁石

图 1-1 是水镁石 Mg(OH)2的结构[3]，H-，八面体中心是 Mg2+。八面体通过相互连接组。水滑石类化合物就是由类似这种二元晶层和晶状结构，其结构如图 1-2 所示[4]。图 1-1 水镁石 Mg(OH)2的结构示意图[3]Fig.1-1 The structure of Mg(OH)2
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;O643.36

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