钛酸铋相关纳米材料水热合成和光催化性能研究

发布时间：2017-04-29 03:03

  本文关键词：钛酸铋相关纳米材料水热合成和光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文采用水热法,通过研究不同水热反应参数对产物的影响,优化水热工艺,成功制备了钛酸铋(BTO)、BiFeO3和Bi6Ti3Fe2O18纳米材料,并利用离子置换技术合成了Bi6Ti3Fe2O18-BiOCl纳米复合材料。利用粉末X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和可见光光催化降解有机物等测试手段对这些化合物的形貌、结构及光催化性能进行了较为系统的表征和研究。采用水热法,研究了体系pH值、反应温度和反应时间对合成钛酸铋纳米材料形貌和相组成的影响,制备得到一种新型结构的钛酸铋纳米带。利用XRD和TEM对合成产物的晶体结构进行分析,结合煅烧成相分析测定产物的化学成分,初步获得了所制备的钛酸铋纳米带的结构特征和化学成分。实验研究发现不同反应参数下合成的钛酸铋纳米带的长宽比不同、晶相结构、光催化活性不同。利用紫外-可见吸收光谱和X射线光电子能谱测定材料的禁带宽度和价带位置,确定了钛酸铋纳米材料的带隙结构。利用可见光(λ390 nm)及模拟太阳光照射下的罗丹明B降解实验评价了BTO纳米带样品的光催化性能。结果表明水热合成法制备的钛酸铋纳米材料在反应时间为48h、水热温度为200℃、溶液pH值为12.98条件下有最高的光催化活性,模拟太阳光照射150 min罗丹明B的降解率达到93.39%,且表现出较好的可见光(λ390 nm)光催化活性。利用水热合成法制备得到Bi FeO3纳米颗粒团聚物,光降解罗丹明B实验显示,BiFeO3纳米材料具有一定的光催化能力。利用水热法合成了Bi6Ti3Fe2O18纳米材料。研究了反应时间、溶液p H值等工艺条件对产物形貌与结构的影响,得到最佳水热合成工艺条件。光催化降解罗丹明B的实验表明,在模拟太阳光照射下Bi6Ti3Fe2O18的光催化能力较弱。采用离子置换法利用HCl与Bi6Ti3Fe2O18反应,得到Bi6Ti3Fe2O18-BiOCl纳米复合材料。研究了不同反应时间(2h、3h、4h)对复合材料微观形貌、光催化性能的影响。实验表明Bi6Ti3Fe2O18与HCl反应4h的光催化性能最优。经过对比发现Bi6Ti3Fe2O18-Bi OCl纳米材料的光催化活性优于BTO和Bi Fe O3纳米材料,并且在大于390nm可见光照射下也有较好的光催化活性。
【关键词】：钛酸铋 纳米材料 水热法 光催化 复合材料
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ135.32;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 选题背景10-11
• 1.1.1 中国水资源概况10
• 1.1.2 染料废水的处理方法10-11
• 1.2 半导体光催化11-17
• 1.2.1 半导体的基本属性与光催化反应机理11-12
• 1.2.2 影响光催化反应活性的因素12-15
• 1.2.3 半导体光催化剂的研究现状15-17
• 1.3 钛酸铋系光催化材料研究进展17-19
• 1.3.1 钛酸铋系化合物合成方法17-19
• 1.4 本论文研究的意义和内容19-21
• 第2章 实验方法21-27
• 2.1 实验试剂与仪器21-22
• 2.2 催化剂的制备22-23
• 2.2.1 BiFeO_3的制备22
• 2.2.2 钛酸铋纳米材料的制备22
• 2.2.3 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)的制备22-23
• 2.2.4 BiOCl与Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)复合光催化剂的制备23
• 2.3 催化剂表征方法23-24
• 2.3.1 X射线衍射测试23
• 2.3.2 X射线光电子能谱23
• 2.3.3 扫描电子显微镜23-24
• 2.3.4 透射电子显微镜24
• 2.4 样品光催化性能表征24-27
• 2.4.1 光催化反应装置及光催化基准条件确定24
• 2.4.2 紫外-可见吸收光谱分析24-25
• 2.4.3 样品光催化性能表征25-27
• 第3章 钛酸铋纳米材料水热合成及性能表征27-44
• 3.1 引言27-28
• 3.1.1 钛酸铋纳米材料制备和性能表征27-28
• 3.2 结果与讨论28-43
• 3.2.1 水热合成条件对钛酸铋纳米材料形貌及相组成的影响28-34
• 3.2.2 钛酸铋纳米带的结构分析34-38
• 3.2.3 钛酸铋纳米带紫外-可见透射光谱38-39
• 3.2.4 钛酸铋纳米带的X射线光电子能谱39-40
• 3.2.5 钛酸铋纳米带的光催化性能研究40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 BiFeO_3、Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)与Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)-BiOCl纳米复合材料的水热合成及性能表征44-60
• 4.1 BiFeO_3的水热合成及其性能表征44-47
• 4.1.1 Bi FeO_3概况44
• 4.1.2 Bi FeO_3的制备及性能表征44-47
• 4.2 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)的水热合成及其性能表征47-55
• 4.2.1 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)概况47
• 4.2.2 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)的制备47-48
• 4.2.3 反应溶液p H值对Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)形貌结构的影响48-50
• 4.2.4 反应时间对Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)样品形貌结构的影响50-52
• 4.2.5 工艺参数优化52-54
• 4.2.6 光催化活性54-55
• 4.3 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)-BiOCl复合材料的水热合成及其性能表征55-58
• 4.3.1 卤氧化铋化合物概况55-56
• 4.3.2 Bi_6Ti_3Fe_2O_(18)-BiOCl复合材料的制备及性能表征56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 陈少波;刘欣;;共沉淀法制备钕掺杂钛酸铋粉体[J];山东陶瓷;2011年02期

2 唐庆圆;李耀刚;阚艳梅;张国军;王佩玲;;共沉淀法制备钒掺杂钛酸铋粉体及其陶瓷性能研究[J];无机材料学报;2007年04期

3 史竹青;王艳;樊彩梅;王韵芳;丁光月;;BiOCl催化剂的制备及光催化性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年10期

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本文编号：334061