TiO_2复合光催化剂的合成及其性能研究

发布时间：2017-04-09 00:23

  本文关键词：TiO_2复合光催化剂的合成及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：·光催化剂可以在光的作用下将有机物分解,而自身不发生变化。常见的光催化剂有二氧化钛,氧化锌,硫化镉。TiO2因其无毒,价廉,化学性质稳定,氧化能力强等优点被广泛使用和研究。相比于单相TiO2,负载型及掺杂型光催化剂可以有效提高光催化剂的适用范围,光催化活性等,已经逐渐成为光催化材料发展的主流方向。本文以TiO2复合光催化剂为研究目标,通过负载Fe3O4和Graphene来提高TiO2的催化能力,扩大TiO2的使用范围。对Fe3O4@TiO2磁性光催化剂和Graphene@TiO2复合催化剂进行各种物理性质表征,催化性能研究。从晶体学角度深入剖析实验现象,解释不同形貌,尺寸与光催化活性的关系。 文章设计和发展了用磁性颗粒Fe3O4负载TiO2纳米颗粒的新实验方案。通过简单温和的浸渍方法将单独制备的Fe3O4磁性颗粒和TiO2纳米晶(球状/棒状)结合,获得具有核-壳结构的磁性光催化剂。通过磁性光催化剂对6种不同有机物的降解实验研究其催化活性。实验结果发现,负载棒状TiO2的磁性光催化剂具有更高的反应速率和降解率。通过XRD、 TEM、HRTEM等现代化表征手段对样品的形貌,结晶度等进行表征,根据TiO2纳米晶的不同形貌(球状/棒状)分别构建相应的晶体模型,提出不同形貌TiO2纳米晶具有不同表面的理论来合理解释实验中存在的差异。通过多次降解苯酚的实验研究磁性光催化剂的重复利用的能力。实验结果表明,Fe3O4@TiO2磁性催化剂具有良好的稳定性,并且可回收利用。本文同时在Fe3O4和钛源量相同的条件,采用溶胶凝胶法,水热法和机械搅拌法合成磁性光催化剂。通过对苯酚,亚甲基蓝等6种有机物的降解实验考察尺寸对光催化影响。通过实验结果我们得出,采用直接浸渍法获得磁性催化剂效果最好。 石墨烯超强的导电能力可以有效防止TiO2产生的空穴和电子对快速复合。本课题采用简单温和的浸渍手段,将球状和棒状两种形貌的Ti02纳米晶与石墨烯复合。从XRD,紫外和拉曼的表征结果出发,在理论上研究石墨烯加入对TiO2光催化活性的影响。通过对亚甲基蓝的降解实验证明石墨烯的加入可以显著提高了TiO2光催化的活性。且TiO2与石墨烯比例不同时,石墨烯对TiO2光催化活性影响也不相同。当TiO2于石墨烯的质量比为1：1时,光催化效果最佳。
【关键词】：TiO_2 磁性光催化剂 形貌影响 石墨烯@TiO_2
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ426
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 选题背景14-15
• 1.2 TiO_2光催化原理15
• 1.3 TiO_2光催化剂15-20
• 1.3.1 TiO_2光催化剂简介15-16
• 1.3.2 TiO_2光催化剂制备方法16-18
• 1.3.3 TiO_2光催化剂的应用18-20
• 1.4 Fe_3O_4@TiO_2磁性光催化剂20-22
• 1.4.1 磁性光催化剂简介20-21
• 1.4.2 Fe_3O_4@TiO_2磁性光催化剂的制备方法21-22
• 1.5 石墨烯@TiO_2复合光催化剂22-24
• 1.5.1 石墨烯简介22-23
• 1.5.2 石墨烯复合材料简介23-24
• 1.6 本课题的选题意义和主要研究内容24-26
• 第二章 实验部分26-30
• 2.1 实验原料和设备26-27
• 2.1.1 实验原料26-27
• 2.1.2 实验设备27
• 2.2 物化性能表征27-30
• 2.2.1 X射线衍射(XRD)表征27
• 2.2.2 透射电镜(TEM)表征27-28
• 2.2.3 高分辨透射电镜(HRTEM)表征28
• 2.2.4 扫描电镜(SEM)表征28
• 2.2.5 紫外可见近红外分光光度计28
• 2.2.6 傅里叶红外光谱分析28-30
• 第三章 Fe_3O_4@TiO_2复合光催化剂的调控合成与性质研究30-58
• 3.1 Fe_3O_4@TiO_2复合光催化剂的合成及表征30-42
• 3.1.1 Fe_3O_4微球的合成及表征30-33
• 3.1.2 TiO_2纳米颗粒的合成及表征33-40
• 3.1.3 Fe_3O_4/TiO_2复合磁性光催化剂的合成与表征40-42
• 3.2 Fe_3O_4@TiO_2磁性光催化剂催化性能研究42-53
• 3.2.1 Fe_3O_4@TiO_2光催化降解有机物实验42-48
• 3.2.2 TiO_2晶体高分辨表征及模型建立48-50
• 3.2.3 TiO_2不同晶面对光催化反应的影响50-52
• 3.2.4 光催化剂重复性实验52-53
• 3.3 各种方法合成磁性光催化剂的对比53-58
• 3.3.1 溶胶凝胶法合成磁性光催化剂54
• 3.3.2 水热法合成磁性光催化剂54-55
• 3.3.3 机械搅拌法合成磁性光催化剂55-56
• 3.3.4 各种方法的光催化活性对比56-58
• 第四章 Graphene@TiO_2复合光催化剂的研究58-70
• 4.1 Graphene@TiO_2复合光催化剂的合成58-59
• 4.1.1 Graphene的合成58
• 4.1.2 Graphene@TiO_2合成58-59
• 4.2 Graphene@TiO_2复合光化剂形貌及结构表征59-65
• 4.2.1 Graphene@TiO_2复合材料的XRD表征59-61
• 4.2.2 Graphene@TiO_2复合材料的TEM表征61-63
• 4.2.3 Graphene@TiO_2复合纳米材料的紫外性能研究63-64
• 4.2.4 Graphene@TiO_2复合纳米材料的拉曼研究64-65
• 4.3 Graphene@TiO_2复合光催化剂光催化性能研究65-66
• 4.4 石墨烯加入量对光催化反应影响66-67
• 4.5 Graphene提高TiO_2光催化的反应机理67-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 结论70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-80
• 研究成果及发表的学术论文80-82
• 作者和导师简介82-83
• 附表83-84

【参考文献】

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本文编号：294069