氮掺杂与C 3 N 4 改性的TiO 2 光催化剂的制备及其在降解废水中的应用

发布时间：2022-12-09 18:04

　　本文使用水热法对传统的紫外光催化剂二氧化钛进行掺氮改性处理,制备出具有可见光响应能力的光催化剂;使用软模板法制备出具有介孔结构的石墨相氮化碳材料。将所制备的氮掺杂二氧化钛与介孔石墨相氮化碳进行复合,并通过一系列表征手段对复合材料的光催化活性、晶型结构、形貌与尺寸大小进行深入而系统的研究。此外,通过光电化学分析与光催化机理分析,对复合材料的光生载流子的迁移与分离效率、自由基与主要的反应活性物质进行检测,从而推断复合材料的催化活性提升的原因与光催化机理。本实验的研究工作为设计并制备出具有良好的可见光响应能力、高的光催化活性和较强氧化能力的光催化剂提供了理论基础和实验证据,为今后更为深入的研究工作提供参考。探讨在氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备过程中,尿素与钛酸四丁酯的摩尔比对材料的结构和光催化降解亚甲基蓝性能的影响可知,最佳的尿素与钛酸四丁酯的摩尔比为3:1。此条件下,可制备具有表面纹理粗糙、褶皱、多孔结构的氮掺杂二氧化钛纳米颗粒。通过XRD、SEM、氮吸附、XPS、UV和PL等表征手段,研究氮元素对二氧化钛的改性机理。XRD结果表明,氮元素的掺杂对锐钛矿型二氧化钛的晶体结构影响不大。SEM结... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 光催化原理
    1.3 光催化技术的研究进展
    1.4 TiO_2的掺杂改性
        1.4.1金属元素掺杂改性TiO_2
        1.4.2非金属元素掺杂改性TiO_2
    1.5 石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的制备
        1.5.1 软硬模板法
        1.5.2 超分子预组装法
    1.6 异质结光催化剂
    1.7 选题依据、意义及研究内容
        1.7.1 选题依据和意义
        1.7.2 本课题的主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 主要的实验仪器
    2.2 主要的实验药品
    2.3 催化剂的制备
        2.3.1 氮掺杂二氧化钛(N-TiO_2)的制备
        2.3.2 软模板法制备介孔石墨相氮化碳(mpg-C_3N_4)材料
        2.3.3 mpg-C_3N_4/N-TiO_2光催化剂(CNNT)的制备
    2.4 催化剂活性评价
    2.5 光电化学分析
    2.6 光催化机理分析
    2.7 催化剂表征手段
        2.7.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.7.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.7.3 X射线粉末衍射仪(XRD)
        2.7.4 氮吸附、比表面及孔结构
        2.7.5 X射线光电子能谱(XPS)
        2.7.6 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
        2.7.7 紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)
        2.7.8 固体光致发光光谱(PL)
        2.7.9 紫外可见分光光度计
第三章 氮掺杂二氧化钛(N-TiO_2)的制备及性能研究
    3.1 实验部分
        3.1.1 催化剂制备
        3.1.2 催化剂活性评价
        3.1.3 催化剂表征
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 N-TiO_2催化剂的光催化活性
        3.2.2 N-TiO_2催化剂的XRD表征分析
        3.2.3 N-TiO_2催化剂的SEM表征分析
        3.2.4 尿素制备NT-3催化剂的比表面与孔结构表征分析
        3.2.5 N掺杂对TiO_2化学环境的影响
        3.2.6 N-TiO_2催化剂的紫外可见漫反射光谱
        3.2.7 N-TiO_2催化剂的光致发光光谱
    3.3 本章小结
第四章 mpg-C_3N_4/N-TiO_2光催化剂的制备及性能研究
    4.1 实验部分
        4.1.1 催化剂制备
        4.1.2 催化剂活性评价
        4.1.3 催化剂光电化学分析
        4.1.4 催化剂光催化机理分析
        4.1.5 催化剂表征
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 C_3N_4与钛酸四丁酯的质量比对CNNT光催化性能的影响
        4.2.2 CNNT光催化剂的XRD表征分析
        4.2.3 CNNT光催化剂的SEM表征分析
        4.2.4 CNNT光催化剂的TEM表征分析
        4.2.5 CNNT光催化剂的比表面与孔结构表征分析
        4.2.6 CNNT光催化剂的XPS表征分析
        4.2.7 CNNT光催化剂的FT-IR表征分析
        4.2.8 CNNT的紫外可见漫反射光谱
        4.2.9 CNNT的光致发光光谱
        4.2.10 CNNT的光电流性能研究
        4.2.11 CNNT的交流阻抗分析
        4.2.12 CNNT催化过程中的活性物种检测
        4.2.13 CNNT的光催化机理初探
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3715115