改性CuFe_2O_4的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-04-28 19:04

  本文关键词：改性CuFe_2O_4的制备及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：尖晶石型铁氧体是一种最近受到重视的半导体类材料，当处于可光激发的状态下，它能够对有机污染物进行催化降解。但是作为单独的催化剂来降解有机污染物其效率很低。因此，为提高其光催化活性，本文采用掺杂以及复合半导体的方法来提高铁氧体的光催化性能。 采用溶胶-凝胶法合成CuFe2O4、CaxCu1-xFe2O4(x=0.1-0.5)的系列样品。通过XRD进行表征，结果显示Ca2+掺杂后的样品与标准卡片PDF34-425的对比是一致的，这说明样品的晶体结构并没有随着Ca2+的加入而改变。通过SEM的表征，可以看到随着Ca2+掺杂含量的增多将会使得CuFe2O4的形貌由颗粒状向多片层而改变；光催化实验结果显示，所有的掺杂样品的光催化性能均大于未掺杂的CuFe2O4的纯样品，当Ca2+的掺杂量为0.5时，酸性品红的脱色率最高可超过60%。 通过溶胶-凝胶法制备出不同复合比例的TiO2/CuFe2O4复合光催化剂，XRD研究表明：样品的衍射峰与与标准PDF卡片34-425以及标准PDF卡片21-1272对比一致。SEM观察显示：TiO2颗粒与铁氧体颗粒均匀地分布在一起，，且随着TiO2复合比列的升高，TiO2颗粒相对应的在SEM图上会增多。随后测试了不同复合比例的TiO2/CuFe2O4光催化活性，发现：当TiO2的质量分数占整个催化剂质量的40%的时候，光催化剂的催化活性达到了一个最高值(其值可达89.16%)。运用响应曲面法对选择出的TiO2/CuFe2O4复合光催化剂进行了光催化性能的综合研究，最后得到光催化体系下的各个因素的最优值：酸性品红浓度为15mg/L，光照时间为130min，催化剂用量为330mg，pH为3.7。 通过水热法制备出不同复合比例的FeS2/CuFe2O4复合光催化剂，XRD研究表明：样品的衍射峰与标准PDF卡片34-425以及标准PDF卡片42-1340对比一致，可知实验中制得FeS2为黄铁矿型结构。SEM观察显示：FeS2颗粒与铁氧体颗粒均匀地分布在一起，在SEM图上FeS2颗粒会随着复合含量的升高而增多。随后测试了不同复合比例的FeS2/CuFe2O4光催化活性。从实验结果中可得如下结论：当FeS2的质量分数占整个催化剂质量的30%的时候，光催化剂的催化活性达到了一个最高值(其值可达90.25%)。运用响应曲面法对选择出的FeS2/CuFe2O4复合光催化剂进行了光催化性能的综合研究，最后得到光催化体系下的各个因素的最优值：酸性品红浓度为12mg/L，光照时间为43min，催化剂用量为280mg，pH为6.4。
【关键词】：铁氧体 掺杂 光催化 复合
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究的背景12
• 1.2 光催化的发展12-13
• 1.3 尖晶石型铁氧体13-15
• 1.3.1 尖晶石型铁氧体的结构13-15
• 1.3.2 尖晶石型铁氧体材料15
• 1.4 本课题的研究意义与研究内容15-17
• 1.4.1 研究意义15-16
• 1.4.2 研究内容16-17
• 第2章 实验方法与样品表征17-24
• 2.1 实验原料与仪器设备17-18
• 2.1.1 实验主要原料17-18
• 2.1.2 实验主要的仪器设备18
• 2.2 铜铁氧体及其掺杂样品的制备18-20
• 2.3 复合光催化剂材料的制备20-21
• 2.3.1 溶胶-凝胶法制备 TiO_2/CuFe_2O_4复合光催化剂20
• 2.3.2 水热法制备 FeS_2/CuFe_2O_4复合光催化剂20-21
• 2.4 样品表征21-23
• 2.4.1 X 射线衍射(XRD)21
• 2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)21-22
• 2.4.3 光催化活性分析22-23
• 2.4.4 RSM 优化实验设计23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 CuFe_2O_4及 Ca_xCu_(1-x)Fe_2O_4(x=0.1-0.5)的光催化性能研究24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 尖晶石型铁氧体的表征24-27
• 3.2.1 物相分析24-26
• 3.2.2 形貌分析26
• 3.2.3 光催化活性分析26-27
• 3.3 Ca2+掺杂对尖晶石型 CuFe_2O_4光催化性能的影响27-33
• 3.3.1 物相分析27-28
• 3.3.2 形貌分析28-30
• 3.3.3 光催化活性分析30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 TiO_2/CuFe_2O_4复合材料表征及光催化体系的 RSM 优化34-51
• 4.1 引言34
• 4.2 TiO_2/CuFe_2O_4复合光催化剂表征34-38
• 4.2.1 物相分析34-35
• 4.2.2 SEM-EDS 分析35-37
• 4.2.3 光催化活性分析37-38
• 4.3 TiO_2/CuFe_2O_4复合光催化剂光催化体系的 RSM 优化38-42
• 4.3.1 实验设计38
• 4.3.2 单因素实验结果与讨论38-42
• 4.4 响应曲面的设计与结果讨论42-50
• 4.4.1 RSM 实验设计42-45
• 4.4.2 RSM 优化的显著性分析45-46
• 4.4.3 响应曲面分析优化46-50
• 4.4.4 验证实验50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 FeS_2/CuFe_2O_4复合材料表征及光催化体系的 RSM 优化51-71
• 5.1 引言51
• 5.2 FeS_2的表征51-53
• 5.2.1 物相分析51-52
• 5.2.2 SEM-EDS52-53
• 5.3 FeS_2/CuFe_2O_4复合材料的表征53-58
• 5.3.1 物相分析53-54
• 5.3.2 SEM-EDS 分析54-57
• 5.3.3 光催化活性分析57-58
• 5.4 FeS_2/CuFe_2O_4复合光催化剂光催化体系的 RSM 优化58-62
• 5.4.1 实验设计58-59
• 5.4.2 单因素实验结果与讨论59-62
• 5.5 响应曲面法设计结果与讨论62-70
• 5.5.1 RSM 实验设计62-64
• 5.5.2 RSM 优化的显著性分析64-66
• 5.5.3 响应曲面分析优化66-70
• 5.5.4 验证实验70
• 5.6 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文78-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 林家敏;谢吉民;吕晓萌;朱建军;张明;;CuFe_2O_4纳米粉体的制备及其可见光催化性能[J];环境科学与技术;2008年11期

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本文编号：333364