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改进溶胶—凝胶法制备纳米TiO_2及其光催化效果研究

发布时间:2017-05-25 10:27

  本文关键词:改进溶胶—凝胶法制备纳米TiO_2及其光催化效果研究,,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:二氧化钛作为当前具有很大应用前景的光催化功能材料,可以利用光催化作用生成活性氧物质,通过氧化还原反应将环境体系中各种有机或无机化合物的能键破坏而彻底降解污染物,大部分物质被降解为二氧化碳和水,或者转化成无毒无污染的物质。 本文采用改进溶胶-凝胶法,无需经过高温煅烧作用,通过控制反应体系的条件,在操作简单、反应条件温和的状态下,制备得到了活性较高的光催化纳米二氧化钛,在此基础上,制备了复合CdS/TiO2材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱对制备得到的样品进行表征,并以一定浓度的甲基橙溶液为模拟废水,在可见和紫外光不同照射条件下对甲基橙进行光催化降解。通过正交试验优化了制备工艺和条件,建立了从制备到结构再到光催化降解反应体系。研究结果表明: (1)温度60℃、水钛摩尔比为80、pH为2,不需要经过高温煅烧,即可得到形貌较好的纳米二氧化钛。 (2)制备得到的纳米二氧化钛样品在不同光催化条件下光催化降解甲基橙溶液。二氧化钛的投加量为1.8g/L,可见光照射下光催化降解10mg/L的甲基橙溶液,5h后液相中甲基橙去除率达到74.15%;二氧化钛投加量相同,在紫外光照射下降解10mg/L的甲基橙溶液,4h后降解率达到99.84%,光催化降解甲基橙是吸附与光催化协同作用的结果。 (3)制备得到的纯纳米二氧化钛样品用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱等表征手段进行分析,结果表明,样品为锐钛矿晶相,平均粒径在100nm以下,扫描电镜结果显示有部分区域有颗粒团聚现象。 (4)制备CdS掺杂TiO2,得到了较优的制备CdS/TiO2工艺;通过不同CdS的掺杂量1%、3%、5%、8%、10%(质量分数),改进了TiO2的光催化效果,在可见光和紫外光照射的条件下光催化降解甲基橙溶液,并用扫描电镜和X射线衍射进行表征分析,结果表明,掺杂1%的CdS具有较好的光催化降解效果,可见光条件下降解甲基橙溶液5h,降解率达到65.73%,紫外光降解4h,降解率达到96.10%,搅拌和超声过程中有吸附甲基橙现象,但在光催化过程中并无CdS/TiO2吸附甲基橙现象,光催化降解后吸附在二氧化钛上的甲基橙全部被降解;通过表征测试可知,制备得到的掺杂样品中含有硫化镉(CdS),硫化镉呈六方和立方晶相。
【关键词】:二氧化钛 改进溶胶凝胶法 纳米材料 光催化 掺杂
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TQ134.11;X505
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 1. 绪论11-23
  • 1.1 研究背景及其意义11-12
  • 1.2 二氧化钛概述12-16
  • 1.2.1 二氧化钛的物理性质12-13
  • 1.2.2 二氧化钛结构及其光催化性能13-16
  • 1.3 纳米二氧化钛的制备方法16-19
  • 1.3.1 固相法17
  • 1.3.2 液相法17-18
  • 1.3.3 气相法18-19
  • 1.4 二氧化钛的改性19-20
  • 1.5 纳米二氧化钛的应用现状20-22
  • 1.5.1 污水处理20
  • 1.5.2 空气净化20-21
  • 1.5.3 抗菌21
  • 1.5.4 自洁材料21-22
  • 1.6 研究的目的、意义和内容22-23
  • 1.6.1 研究目的和意义22
  • 1.6.2 研究内容22-23
  • 2. 实验材料和方法23-35
  • 2.1 实验材料和仪器23-24
  • 2.1.1 实验材料23
  • 2.1.2 实验仪器23-24
  • 2.2 二氧化钛制备方法24-27
  • 2.2.1 改进溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛24-27
  • 2.3 二氧化钛的物相分析27-32
  • 2.3.1 光催化降解27-29
  • 2.3.2 甲基橙标准曲线的测定29-31
  • 2.3.3 结构表征与测试31-32
  • 2.4 复合 CdS/TiO_2的制备32-35
  • 2.4.1 复合半导体32-33
  • 2.4.2 硫化镉概述33
  • 2.4.3 复合 CdS/TiO_2的制备方法及过程33-34
  • 2.4.4 光催化及表征测试34-35
  • 3. 纳米二氧化钛的制备35-54
  • 3.1 纳米二氧化钛的制备35-41
  • 3.1.1 正交试验35-37
  • 3.1.2 正交试验结果37-38
  • 3.1.3 正交试验单因素光催化效果分析38-41
  • 3.2 制备二氧化钛最优条件的验证41-46
  • 3.3 紫外光条件下 TiO_2对甲基橙的降解46-47
  • 3.4 光催化降解甲基橙溶液影响因素47-53
  • 3.4.1 二氧化钛的投加量对甲基橙溶液褪色率的影响47-48
  • 3.4.2 甲基橙溶液初始浓度对光催化褪色率的影响48-50
  • 3.4.3 P25 与最优条件下制备所得 TiO_2降解甲基橙的对比研究50-53
  • 3.5 小结53-54
  • 4. CdS/TiO_2的制备54-63
  • 4.1 CdS/TiO_2的制备54-56
  • 4.1.1 复合 CdS/TiO_2的理论基础54
  • 4.1.2 CdS/TiO_2的制备过程54-55
  • 4.1.3 氢氧化钠与氨水反应的比较55-56
  • 4.2 不同 CdS 掺杂量对降解率的影响56-58
  • 4.2.1 不同 CdS 掺杂量的制备56-57
  • 4.2.2 不同掺杂量光催化效果分析57-58
  • 4.3 样品光催化分析及其表征58-61
  • 4.3.1 CdS/TiO_2紫外光催化降解甲基橙58-59
  • 4.3.2 样品 X 射线衍射59-60
  • 4.3.3 样品扫描电镜60-61
  • 4.3.4 傅里叶红外光谱61
  • 4.4 小结61-63
  • 5. 结论与展望63-66
  • 5.1 结论63-64
  • 5.2 创新点64
  • 5.3 不足与展望64-66
  • 5.3.1 研究的不足64-65
  • 5.3.2 展望65-66
  • 参考文献66-72
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果72-73
  • 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号:393485

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