二氧化钛基纳米材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-03-28 03:05

  本文关键词：二氧化钛基纳米材料的制备及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人们对自然资源的过度开采、高能耗高污染企业的迅速崛起等因素使环境污染问题随之日趋严重,工业污水、农业污水以及城乡居民生活污水无节制的排放加速了各水系及近海水质的恶化,寻找一个合理处理废污水的方法迫在眉睫。由于半导体光催化技术高效、节能、清洁无毒,在降解和消除有机污染物、处理废污水等方面显示出了无与伦比的优势,尤其二氧化钛,由于其储量丰富、价格低廉、化学性质稳定、安全无毒、具有较高的光催化活性等优势,被认为是最有发展前途的光催化剂之一。但是二氧化钛材料自身的一些缺陷限制了其在光催化降解有机污染物方面的应用,为了克服这些难题,各种结构及改性二氧化钛材料的制备得到了大力开发,在未来的一段时间内仍需要进一步的探索。本论文为了提高二氧化钛材料的光催化性能制备出了具有极大比表面积的空心球和纳米管结构的TiO_2,并采用石墨烯包覆和Ag纳米颗粒修饰的方法进行改性,取得了以下成果:(1)利用模板法以SiO_2微球为牺牲模板制备出分散性好,尺寸均匀、完整的TiO_2空心球。在800℃下退火时仍然保持完整的、单分散的空心球状结构,光催化性能相比其他退火温度更加优异。(2)碱热法制备TiO_2纳米管,对制备好的TiO_2纳米管采用不同的温度进行退火,探究退火温度对TiO_2纳米管形貌及光催化性能的影响,出于降低能耗和经济成本等角度的考虑选择450℃为最佳退火温度,退火后的样品为单分散的纳米管,光催化性能较好。(3)为了进一步提高所制备的TiO_2空心球和纳米管的光催化性能,对空心球及纳米管结构的TiO_2材料进行改性。本论文中主要采用两种方法:一是用改良的Hummers法制备具有巨大比表面积的氧化石墨烯来分别包覆TiO_2空心球及纳米管,最后通过还原得到导电性良好的石墨烯包覆的TiO_2空心球及纳米管;二是采用Ag纳米颗粒来修饰TiO_2空心球及纳米管。这两种方法在实验中都进一步改善了TiO_2空心球及纳米管的光催化活性,在未来的大规模实际应用中具有很大的潜力。
【关键词】：TiO_2 空心球 纳米管 石墨烯 Ag纳米颗粒 光催化
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 光催化综述8-9
• 1.2 二氧化钛材料在光催化领域的应用9-10
• 1.3 提高二氧化钛纳米材料光催化性能的途径10-13
• 1.3.1 负载11
• 1.3.2 金属或非金属元素掺杂11
• 1.3.3 贵金属或导电非金属的复合11-12
• 1.3.4 窄带隙半导体的复合12
• 1.3.5 光敏化12-13
• 1.4 选题意义和研究内容13-14
• 第二章 实验试剂、仪器及设备14-17
• 2.1 实验药品及试剂14
• 2.2 实验仪器及设备14-15
• 2.3 样品形貌及性能的表征15-17
• 2.3.1 扫描电子显微镜15
• 2.3.2 透射电子显微镜15-16
• 2.3.3 X射线衍射仪16
• 2.3.4 光催化设备16-17
• 第三章 二氧化硅微球及氧化石墨烯的制备与表征17-25
• 3.1 二氧化硅微球的制备与表征17-23
• 3.1.1 正硅酸乙酯的水解机理17-18
• 3.1.2 酸性条件下制备二氧化硅微球18-19
• 3.1.3 碱性条件下制备二氧化硅微球19-23
• 3.2 氧化石墨烯的制备与表征23-25
• 第四章 二氧化钛空心球的光催化性能研究及改良25-44
• 4.1 模板法简介25-26
• 4.2 二氧化钛空心球的制备及表征26-35
• 4.2.1 模板法制备二氧化钛空心球的实验方法26
• 4.2.2 二氧化钛空心球的形成机理26-30
• 4.2.3 退火温度对二氧化钛空心球结构的影响30-35
• 4.3 二氧化钛空心球光催化性能的研究35-38
• 4.4 提高二氧化钛空心球光催化性能的措施38-44
• 4.4.1 石墨烯包覆二氧化钛空心球以改善其光催化性能38-40
• 4.4.2 银纳米颗粒修饰二氧化钛空心球以改善其光催化性能40-44
• 第五章 二氧化钛纳米管的光催化性能研究及改良44-58
• 5.1 二氧化钛纳米管的制备44-46
• 5.1.1 碱热法制备二氧化钛纳米管的实验方法44
• 5.1.2 碱热法制备二氧化钛纳米管的反应机理44-46
• 5.2 退火温度对二氧化钛纳米管光催化性能的影响46-52
• 5.3 提高二氧化钛纳米管光催化性能的措施52-58
• 5.3.1 石墨烯包覆二氧化钛纳米管以改善其光催化性能52-54
• 5.3.2 银纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管以改善其光催化性能54-58
• 第六章 结论58-59
• 参考文献59-64
• 在学期间的研究成果64-65
• 致谢65

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