二氧化钛基纳米纤维复合材料的构筑及其光催化活性研究

发布时间：2017-10-08 04:14

  本文关键词：二氧化钛基纳米纤维复合材料的构筑及其光催化活性研究

  更多相关文章： TiO_2 纳米纤维 复合材料 光催化降解

【摘要】：随着环境污染的加剧,利用光催化技术解决环境问题已经受到大家的广泛关注。本文针对半导体光催化剂领域中太阳光利用率低、光催化效率低、材料难以回收利用等问题,针对一维纳米纤维及TiO2各自的优缺点,对它们进行复合,提高材料的光催化活性,解决材料难以回收的问题。以一维纳米纤维和TiO2为基础设计制备不同的二氧化钛基纳米纤维复合材料,以刚果红、甲基橙作为拟降解物来研究材料的光催化性能,研究纳米纤维的加入量对复合材料光催化活性的影响,开展了一系列关于材料合成、改性以及应用的研究。具体研究内容如下:(1)FMO/C@TiO2纳米纤维复合材料:以钛酸四丁酯、硫酸铁、硫酸锰和氮川三乙酸为主要原料,采用两步溶剂热法和后续的热处理制备出FMO/C/TiO2的纳米纤维复合材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和紫外可见光谱仪(UV-Vis)等方法对FMO/C@TiO2纳米纤维复合材料的晶相组成、微观结构、吸光性能等进行表征,并对其光催化性能和光电性能进行检测,并探索FMO/C的添加量对复合材料光催化性能的影响。结果表明,纳米纤维复合材料的孔结构和光响应范围可以通过改变纳米纤维FMO/C的量来进行调控。和纯TiO2纳米颗粒相比,FMO/C@TiO2纳米纤维复合材料展现出较高的吸附-光催化性能。所制备的复合纳米纤维具有超顺磁性,这一性能利于在材料水处理过程中的回收再利用。这种合成方法对合成多孔的磁性一维核壳结构纳米纤维降解有机物污染领域开启了一种新的方法。(2)Co/Ni@TiO2纳米纤维复合材料:以钛酸四丁酯、氯化钴、氯化镍和氮川三乙酸为主要原料,采用两部溶剂热法和后续的热处理制备出Co/Ni@TiO2的纳米纤维复合材料,利用XRD、SEM、UV-Vis、DRS、Zeta电位等方法对Co/Ni@TiO2催化剂的晶相组成、微观结构、吸光性能等性能进行表征,并对其光催化性能和光电性能进行检测,并探索Co/Ni-NF的添加量对其光催化性能的影响。刚果红作为被降解的物质去评估该材料的光催化性能。研究结果表明,在第二步溶剂热过程中通过改变纳米纤维的加入种类和质量可以调控最终的核壳纳米纤维复合材料的孔径结构和光响应范围。和纯TiO2纳米颗粒相比,用所制备的复合纳米纤维处理染料污水时,Co/Ni@TiO2纳米纤维复合材料展现出较高的吸附-光催化性能。(3)CM@TiO2和SiO2@TiO2纳米纤维复合材料:通过两步溶剂热法和后续的热处理成功合成了一维多孔CM@TiO2核壳复合纳米纤维,并且考察其在对刚果红溶液的光催化降解效果,探索CM-NF的加入量对纳米纤维复合材料的结构和性能的影响,利用XRD、SEM、DRS等对CM@TiO2的晶相组成、微观形貌和吸光度等进行表征;通过高压静电纺丝法和水热法相结合成功制备了SiO2@TiO2核壳纳米纤维复合材料,利用XRD、SEM等对SiO2@TiO2的晶相组成、微观形貌和吸光度等进行表征,并且考察其在对甲基橙溶液的光催化降解效果。结果表明,在第二步溶剂热过程中通过控制CM-NF的加入量可以调控最终的核壳纳米纤维复合材料的孔径结构和光响应范围,当用所制备的纳米纤维复合材料处理刚果红染料模拟污水时,CM@TiO2展现出较高的吸附-光催化性能;用SiO2@TiO2核壳纳米纤维复合材料其处理甲基橙染料模拟污水时相较于纯TiO2展现出更好的光催化活性。
【关键词】：TiO_2 纳米纤维 复合材料 光催化降解
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 半导体光催化基本原理9-12
• 1.3 纳米TiO_2光催化材料的制备12-15
• 1.3.1 液相法12-14
• 1.3.2 气相法14
• 1.3.3 固相法14-15
• 1.4 二氧化钛基纳米纤维复合材料的构筑15-18
• 1.4.1 纳米TiO_2的负载15-16
• 1.4.2 纳米纤维的制备16-18
• 1.5 论文的研究意义和内容18-20
• 1.5.1 主要研究意义18
• 1.5.2 主要研究内容18-20
• 第二章 FMO/C/TiO_2纳米纤维复合材料的制备及其性能研究20-37
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-25
• 2.2.1 实验试剂21-22
• 2.2.2 实验仪器22
• 2.2.3 1D Fe/Mn纳米纤维 (FMNFs)的制备22-23
• 2.2.4 1D FMO/C@TiO_2的制备23
• 2.2.5 结构与形貌表征23
• 2.2.6 吸附-光催化性能23-24
• 2.2.7 羟基自由基的测试24
• 2.2.8 电化学交流阻抗的测试24-25
• 2.3 结果与讨论25-36
• 2.3.1 催化剂的形貌和结构表征25-31
• 2.3.2 对染料的去除降解能力31-34
• 2.3.3 材料的磁性和回收利用34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 Co/Ni@TiO_2纳米纤维复合材料的制备及其性能研究37-50
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-41
• 3.2.1 实验试剂38
• 3.2.2 实验仪器38-39
• 3.2.3 1D CN-NF纳米纤维制备39
• 3.2.4 1D CN@TiO_2的制备39-40
• 3.2.5 结构与形貌表征40
• 3.2.6 吸附-光催化性能40
• 3.2.7 电化学交流阻抗的测试40-41
• 3.2.8 Zeta电位的测试41
• 3.3 结果与讨论41-49
• 3.3.1 催化剂的形貌和结构表征41-48
• 3.3.2 对染料的去除降解能力48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 CM@TiO_2和SiO_2@TiO_2纳米纤维复合材料的制备及其性能研究50-62
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51-55
• 4.2.1 实验试剂51-52
• 4.2.2 实验仪器52
• 4.2.3 纳米纤维的制备52-53
• 4.2.4 纳米纤维复合材料的制备53-54
• 4.2.5 结构与形貌表征54
• 4.2.6 光催化性能54-55
• 4.3 结果与讨论55-61
• 4.3.1 催化剂的形貌和结构表征55-59
• 4.3.2 对染料的去除降解能力59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-72
• 攻读硕士期间获得的成果72-73
• 致谢73-74

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