新型石墨烯纳米复合材料的制备及其处理有机废水性能研究

发布时间：2017-06-07 17:20

  本文关键词：新型石墨烯纳米复合材料的制备及其处理有机废水性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在光照条件下,有机污染物能被TiO2降解,而且TiO2具有良好的稳定性,低成本,无污染等优点。然而,在现实利用TiO2的过程之中有难题,即光催化效率不高。本课题设计了一种新型石墨烯纳米复合材料Ag/Fe3O4/TiO2/RGO (RGO为石墨烯)来解决TiO2的以上不足,期望该物质既能把催化效率有效地提高又具有磁性可回收功能。Ag/Fe3O4/TiO2/RGO,其中RGO是一种有效载体,比表面积大,并且电子迁移率高。Ag既可以作为催化剂,又可以增加反应活性位点。此外,又拥有等离子体共振效应。Fe3O4具有很强的磁性和容易制备等特点,磁性颗粒空间间隔效应能够阻止石墨烯片层之间的聚集或者堆积,Fe3O4具有毒性低,成本低和环境友好等特点。具体研究内容如下：1、本课题以天然石墨为原料,用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),对制备条件进行了优化,得出最佳制备条件,即在石墨取量为0.50 g时,高锰酸钾和石墨的质量比例为10：1,浓硫酸使用体积为25 mL。利用X-射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱扫描仪等方法进行表征,结果表明GO表面有很多含氧官能团,本实验成功制得GO。2、以GO和钛酸丁酯为原料,乙醇为还原剂,采用一步水热法分别成功制得TiO2/RGO、Fe3O4/TiO2/RGO及Ag/Fe3O4/TiO2/RGO,用XRD、 SEM与TEM等方法进行表征,结果表明TiO2等纳米颗粒在RGO的表面上成功地原位生长,成功制得复合材料。3、用甲基橙(MO)模拟有机废水,研究复合材料的光催化性能。研究结果表明,使用单独的Ti02作为催化剂,甲基橙在1h内的降解率为34.0%,在相同的条件下,使用TiO2/RGO作为催化剂,甲基橙在1h内的降解率为78.4%,使用Fe3O4/TiO2/RGO作为催化剂,甲基橙在1h内的降解率为81.2%,使用Ag/Fe3O4/TiO2/RGO作为催化剂,甲基橙在1h内的降解率为96.6%,结果表明Ag/Fe3O4/TiO2/RGO四元复合材料表现出优异的催化性能。并且考察了Ag/Fe3O4/TiO2/RGO作为甲基橙光分解催化剂的稳定性,结果表明Ag/Fe3O4/TiO2/RGO在使用6次以后,其光催化降解率为85.5%,仍然具有较好的活性。可见,本实验利用一步水热合成法制备出Ag/Fe3O4/TiO2/RGO,不但Ag/Fe3O4/TiO2/RGO有很高的催化效率还具备较好的活性。
【关键词】：氧化石墨烯 光催化 二氧化钛
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TB33
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符号说明14-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 石墨烯简介16-22
• 1.2.1 石墨烯的发现和结构16-17
• 1.2.2 石墨烯的性质17-19
• 1.2.2.1 石墨烯的电学性能17-18
• 1.2.2.2 石墨烯的力学性能18-19
• 1.2.2.3 石墨烯的光学和热学性能19
• 1.2.3 石墨烯的制备方法19-22
• 1.2.4 石墨烯基新型光催化纳米材料22
• 1.3 二氧化钛简介22-25
• 1.3.1 二氧化钛的晶体结构23
• 1.3.2 二氧化钛晶体的性质23
• 1.3.3 二氧化钛光催化原理23-24
• 1.3.4 纳米二氧化钛材料的常见制备方法24-25
• 1.4 光催化降解有机污染物25
• 1.5 纳米复合材料的研究进展25
• 1.6 本文选题的目的、意义及主要研究内容25-29
• 1.6.1 本文选题的目的及意义25-26
• 1.6.2 本文主要研究内容26-29
• 第二章 氧化石墨烯的制备及表征29-45
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验仪器29-30
• 2.2.2 实验材料与试剂30
• 2.2.3 分析仪器30-31
• 2.2.4 实验方法31-32
• 2.3 结果与讨论32-43
• 2.3.1 氧化石墨烯及石墨烯的表征与分析32-39
• 2.3.1.1 氧化石墨烯及石墨烯的XRD表征与分析32-34
• 2.3.1.2 扫描电镜表征及分析34-35
• 2.3.1.3 透射电镜表征及分析35-36
• 2.3.1.4 红外光谱吸收图及分析36-37
• 2.3.1.5 Raman分析37-39
• 2.3.2 高锰酸钾和石墨的用量对合成氧化石墨烯的性能影响39-40
• 2.3.3 浓硫酸用量对合成氧化石墨烯的性能影响40-41
• 2.3.4 超声时长对合成氧化石墨烯的性能影响41-42
• 2.3.5 超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 TiO_2/RGO制备及光催化性能研究45-55
• 3.1 引言45
• 3.2 理论基础45-48
• 3.2.1 光催化降解率计算45-46
• 3.2.2 光激发二氧化钛半导体光催化反应的基本过程46-47
• 3.2.3 光催化反应主要涉及的过程47
• 3.2.4 甲基橙简介47-48
• 3.3 实验部分48-49
• 3.3.1 实验试剂及主要仪器48
• 3.3.2 TiO_2/RGO复合纳米材料的制备48
• 3.3.3 光催化实验48-49
• 3.4 结果与讨论49-53
• 3.4.1 TiO_2/RGO复合纳米材料的结构形貌表征49-51
• 3.4.1.1 XRD分析49
• 3.4.1.2 SEM分析49-50
• 3.4.1.3 TEM分析50-51
• 3.4.2 TiO_2/RGO复合纳米材料的光催化活性测试51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 Fe_3O_4/TiO_2/RGO及Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO的制备及光催化性能研究55-67
• 4.1 引言55-56
• 4.2 四氧化三铁及银的结构和基本性质56-57
• 4.3 实验部分57-58
• 4.3.1 实验主要试剂及设备57
• 4.3.2 Fe_3O_4/TiO_2/RGO及Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO纳米复合材料的制备57
• 4.3.3 Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO纳米复合材料光催化实验57-58
• 4.4 结果与讨论58-65
• 4.4.1 Fe_3O_4/TiO_2/RGO及Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO纳米复合材料结构形貌表征58-61
• 4.4.2 Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO纳米复合材料结构的光催化活性测试61-63
• 4.4.3 甲基橙初始浓度对Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO的光催化效率的影响63
• 4.4.4 H_2O_2的引入对Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO降解甲基橙的影响63-64
• 4.4.5 Ag/Fe_3O_4/TiO_2/RGO重复使用性能64-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 结论67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 论文的主要创新点68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 作者和导师简介75-77
• 附件77-79

【参考文献】

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本文编号：429791