稀土离子掺杂TiO 2 /蒙脱土复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2023-03-05 00:19

　　TiO2半导体为最理想的光催化材料,有望在污水处理领域中应用,但由于其禁带宽度大和电子-空穴容易复合等缺点而影响其实际应用,而蒙脱土为层状的硅酸盐粘土矿物,具有良好的吸附性能,在污水处理领域具有一定的应用意义和价值。本文首先对内蒙古赤峰市宁城县天然钙基蒙脱土进行钠改性,并以钠改性蒙脱土为载体,分别采用溶胶-凝胶法和水热法制备了TiO2/蒙脱土复合材料以及稀土离子掺杂TiO2/蒙脱土复合材料,进而采用XRD、BET、FT-IR、Uv-vis、SEM、XPS等表征手段研究其微观结构和谱学性能,并分别以甲基橙和刚果红为模拟染料废水,研究其光催化性能和吸附性能,现将结果归纳如下:(1)以钠基蒙脱土为载体,钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备了系列TiO2/蒙脱土复合材料,通过结构表征可知TiO2与蒙脱土之间存在明显的相互作用而进行复合,而且蒙脱土的复合有效抑制了TiO2晶型转变和晶粒尺寸的增大,提高体系光催化性能,在紫外光照射2 h后,对甲基橙溶液的降解率最高可达96.36%。(2)采用溶胶-凝胶法制备了掺杂摩尔比为1%的不同稀土离子掺杂TiO2/蒙脱土复合材料,结果表明,稀土离子La3+、...

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中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 印染废水的处理方法
        1.2.1 混凝法
        1.2.2 光催化氧化法
        1.2.3 吸附法
        1.2.4 膜分离法
    1.3 蒙脱土的概述
        1.3.1 蒙脱土的结构特点
        1.3.2 蒙脱土的基本性质
            1.3.2.1 离子交换性能和吸附性能
            1.3.2.2 黏结性和触变性
            1.3.2.3 热稳定性以及其他的性质
        1.3.3 蒙脱土的改性
            1.3.3.1 酸改性
            1.3.3.2 金属离子改性
            1.3.3.3 有机改性
    1.4 TiO₂的概述
        1.4.1 TiO₂的晶体结构
        1.4.2 TiO₂光催化氧化的原理
    1.5 本课题研究目的、意义和内容
        1.5.1 研究目的和意义
        1.5.2 研究的主要内容和创新之处
2 溶胶-凝胶法制备TiO₂/蒙脱土复合材料及其性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验仪器与试剂
            2.2.1.1 实验仪器
            2.2.1.2 实验试剂
        2.2.2 实验制备过程
            2.2.2.1 Na-MMT的制备
            2.2.2.2 TiO₂/MMT复合材料的制备
        2.2.3 光催化降解实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 实验条件考察
            2.3.1.1 柱化剂pH值的影响
            2.3.1.2 钛土比的影响
        2.3.2 X射线衍射分析(XRD)
        2.3.3 紫外光谱分析(Uv-vis)
        2.3.4 红外光谱分析(FT-IR)
        2.3.5 扫描电镜分析(SEM)
    2.4 本章小结
3 稀土离子掺杂TiO₂/蒙脱土复合材料的制备及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验仪器与试剂
            3.2.1.1 实验仪器
            3.2.1.2 实验试剂
        3.2.2 实验制备过程
            3.2.2.1 Na-MMT的制备
            3.2.2.2 复合材料的制备
        3.2.3 光催化降解实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 光催化性能研究
            3.3.1.1 不同稀土离子掺杂对TiO₂/MMT复合材料光催化性能的影响
            3.3.1.2 稀土La³⁺不同掺杂量对TiO₂/MMT复合材料光催化性能的影响
            3.3.1.3 焙烧温度对 1% La³⁺-TiO₂/MMT复合材料光催化性能的影响
        3.3.2 X射线衍射分析(XRD)
        3.3.3 紫外-可见光谱分析(Uv-vis)
        3.3.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        3.3.5 扫描电镜分析(SEM)
    3.4 本章小结
4 水热法制备TiO₂/MMT复合材料及其吸附性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验仪器与试剂
            4.2.1.1 实验仪器
            4.2.1.2 实验试剂
        4.2.2 样品的制备
            4.2.2.1 Na-MMT的制备
            4.2.2.2 TiO₂的制备
            4.2.2.3 TiO₂/MMT复合材料的制备
        4.2.3 TiO₂/MMT复合材料对刚果红溶液的吸附性能测定
            4.2.3.1 模拟染料废水的配制
            4.2.3.2 刚果红标准曲钱的绘制
            4.2.3.3 吸附动力学研究
            4.2.3.4 刚果红溶液pH值对吸附性能的影响
            4.2.3.5 刚果红溶液初始浓度对吸附性能的影响
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 最佳制备条件的探究
            4.3.1.1 钛土比的影响
            4.3.1.2 水热反应时间的影响
            4.3.1.3 水热反应温度的影响
        4.3.2 X射线衍射分析(XRD)
        4.3.3 扫描电镜分析(SEM)
        4.3.4 N₂脱附-吸附曲线和孔径分布分析(BET和BJH)
        4.3.5 X射线光电子能谱分析(XPS)
        4.3.6 TiO₂/MMT复合材料吸附性能的研究
            4.3.6.1 吸附时间对吸附性能的影响
            4.3.6.2 刚果红溶液pH值对吸附性能的影响
            4.3.6.3 刚果红溶液初始浓度对吸附性能的影响
    4.4 本章小结
5 La³⁺-MMT/ TiO₂复合材料的制备及其吸附性能的研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验设备与试剂
            5.2.1.1 实验设备
            5.2.1.2 实验试剂
        5.2.2 样品的制备
            5.2.2.1 Na-MMT的制备
            5.2.2.2 La³⁺-MMT复合材料的制备
            5.2.2.3 La³⁺-MMT/ TiO₂复合材料的制备
        5.2.3 复合材料对刚果红溶液的静态吸附实验方法
            5.2.3.1 模拟染料废水的配制
            5.2.3.2 标准曲线的绘制
            5.2.3.3 La³⁺-MMT/ TiO₂复合材料对刚果红溶液的的静态吸附实验
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 最佳制备条件的探索
            5.3.1.1 稀土掺杂量对复合材料吸附性能的影响
            5.3.1.2 钛土比对复合材料吸附性能的影响
        5.3.2 X射线衍射分析(XRD)
        5.3.3 扫描电镜分析(SEM)
        5.3.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        5.3.5 7% La³⁺-MMT/TiO₂复合材料吸附性能的研究
            5.3.5.1 吸附时间对吸附的影响
            5.3.5.2 刚果红溶液pH值对吸附的影响
            5.3.5.3 刚果红溶液初始浓度对吸附的影响
            5.3.5.4 吸附等温方程式的建立
    5.4 本章小结
6 结论
参考文献
硕士研究生期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3755304