二氧化钛纳米材料的制备及其光催化性质研究

发布时间：2017-09-15 09:12

  本文关键词：二氧化钛纳米材料的制备及其光催化性质研究

  更多相关文章： 静电纺丝 二氧化钛 光催化 油水相分离 掺杂

【摘要】：现当代社会,水污染问题已成为全社会最为关注且亟待解决的问题之一。在众多化学材料中,二氧化钛因其具有稳定的理化性质、无毒性、低成本等特点,被认为是最有前途的降解水污染的半导体材料。然而普通二氧化钛材料却存在着比表面积小、只在紫外光照射下才有响应、光催化过程中光生电子-空穴对复合率高、在处理水污染问题时后处理不容易分离等缺点。根据这些特点,我们制备了改性的二氧化钛材料,主要解决了材料比表面积小和光生电子-空穴对易复合的问题,并对制备的样品进行了光催化特性研究,这就是本文的主要研究目标。本文的研究内容具体分为以下两部分:(1)通过高压静电纺丝的方法制备二氧化钛纳米材料,通过改变前驱体溶液配比,同时结合油/水相分离技术,系统研究了不同种类油的掺入对高压静电纺丝材料的形貌和光催化性能的影响,制备出了包括纳米粒子、纳米纤维、串珠状纳米纤维、多孔纤维和表面粗糙的纳米管状在内的多种形貌的二氧化钛纳米材料,并对这些材料进行了光催化测试。结果表明,不同的纳米形貌结构可以通过改变不同种类的油在前驱体溶液中简单获得,有效提高材料的比表面积。和对比样品纯二氧化钛纳米纤维相比,几乎所有样品的光催化效果都有不同程度的提高,其中前驱体溶液中加入了机械泵油的二氧化钛样品形貌为表面粗糙的纳米管状结构,其比表面积最大,光催化效果最好,降解效率提高了37.1%。此外,我们还对制备的所有样品进行了光催化循环测试,在7次循环之后,这些样品仍然可以降解90%以上目标污染物,具有很好的稳定性和回收再利用性。(2)制备比表面积较大的纳米结构是提高二氧化钛光催化效果的有效途径,但如果单独从这一方向出发提高二氧化钛光催化效率的做法毕竟效果是有限的。如果能再结合对二氧化钛材料进行贵金属银单质的掺杂改性,寻找到最佳掺银量,从而提高光生电子-空穴对的有效分离,延长载流子寿命,则可以更进一步提高材料的光催化性能。在这部分,我们首先制备了掺银量分别为0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的二氧化钛纳米纤维并进行光催化测试,寻找到了单质银的最佳掺杂量为1.5%,再结合第一部分纳米管的制备技术,制备出了银掺杂量为1.5%的二氧化钛纳米管。和纯二氧化钛纳米纤维相比,1.5%-银/二氧化钛纳米管的光催化效率大幅度提高,在光催化降解罗丹明B作为目标污染物的实验中效率提高了60.2%。我们的研究证明了高压静电纺丝是一种简单且有远景的制备多种形貌的纳米材料的方法,结合对二氧化钛进行贵金属银的掺杂改性,可以进一步提高其光催化性能。这将对环境治理、其他半导体材料的制备等方面产生非常有意义的影响。
【关键词】：静电纺丝 二氧化钛 光催化 油水相分离 掺杂
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ134.11;X703
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 纳米材料概述13-17
• 1.2.1 纳米材料的含义13
• 1.2.2 纳米材料的特性13-14
• 1.2.3 纳米材料的研究进展14-15
• 1.2.4 几种典型的纳米材料制备方法15-16
• 1.2.5 纳米材料在催化领域的应用16-17
• 1.3 光催化技术17-21
• 1.3.1 光催化技术简介17
• 1.3.2 半导体光催化技术原理17-18
• 1.3.3 影响半导体光催化剂活性的因素18-19
• 1.3.4 二氧化钛光催化剂的性质19-20
• 1.3.5 二氧化钛光催化剂的研究现状20-21
• 1.4 静电纺丝技术21-24
• 1.4.1 静电纺丝技术简介21
• 1.4.2 静电纺丝技术制备纳米纤维机理21-22
• 1.4.3 静电纺丝纳米纤维形貌的影响因素22-23
• 1.4.4 静电纺丝技术的发展前景23-24
• 1.5 本课题的研究意义24-26
• 参考文献26-31
• 第二章 实验部分31-35
• 2.1 实验试剂及药品31-32
• 2.2 样品制备装置32-33
• 2.3 样品表征手段及光催化性能测试设备33-35
• 2.3.1 样品的表征手段33-34
• 2.3.2 光催化性能测试设备34-35
• 第三章 多种形貌的二氧化钛纳米材料的制备和光催化性质研究35-49
• 3.1 实验制备过程35-36
• 3.1.1 二氧化钛纳米纤维的制备35
• 3.1.2 多种形貌的二氧化钛纳米材料的制备35-36
• 3.2 光催化实验过程36-37
• 3.2.1 光催化降解不同目标污染物实验36-37
• 3.2.2 光催化降解罗丹明B的循环实验37
• 3.3 结果及讨论37-47
• 3.3.1 二氧化钛纳米材料的形貌表征37-38
• 3.3.2 不同形貌二氧化钛纳米材料组成的机理分析38-40
• 3.3.3 二氧化钛纳米材料的晶型分析40-41
• 3.3.4 二氧化钛纳米材料的光催化性质测试41-43
• 3.3.5 二氧化钛纳米材料的光催化结果分析43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 参考文献48-49
• 第四章 掺银二氧化钛纳米管的制备及其光催化性质研究49-62
• 4.1 实验制备过程49-50
• 4.1.1 掺银二氧化钛纳米纤维的制备49-50
• 4.1.2 掺银二氧化钛纳米管的制备50
• 4.2 光催化实验过程50-51
• 4.3 结果及讨论51-58
• 4.3.1 掺银二氧化钛纳米纤维/管的形貌及结晶度表征51-53
• 4.3.2 掺银二氧化钛纳米管的化学组成53-54
• 4.3.3 掺银二氧化钛纳米纤维/管的光吸收谱54-55
• 4.3.4 掺银二氧化钛纳米纤维/管的光催化结果分析55-58
• 4.4 掺银二氧化钛纳米管光催化性质提高的机理研究58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 参考文献61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 附录：攻读硕士期间发表的论文64-65
• 致谢65

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