磁性铋基材料的合成及其光催化性能的研究

发布时间：2017-09-30 03:13

  本文关键词：磁性铋基材料的合成及其光催化性能的研究

  更多相关文章： 磁性 Bi_2Fe_4O_9 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4 光催化 光催化机理

【摘要】：当今社会,环境污染和能源危机是困扰和威胁人类生存和发展的重大难题,尤其在我国特殊的国情下,如何保证GDP稳固快速发展的同时,也能实现可持续发展的战略目标是中国现在面临的巨大挑战。近年来光催化水解制氢、光电转化、光催化降解等前沿技术是各国争相研究的热点,这些技术不仅有效的解决了环境和能源方面的问题,同时还展现了自身优越的性能。其中光催化技术利用光能,无毒无害,价格低廉,可重复利用等特性对我国环境保护、能源开发、经济发展等方面具有举足轻重的意义。传统的光催化剂粒径较小,因此难以从反应溶液中分离,尤其在光催化处理工业废水的过程中,光催化剂难以回收,会造成了很大的经济损失。为了解决这一难题,人们开始研究具有磁性的光催化剂,这样既能在保证光催化效率的同时,又方便回收再利用,经济环保。本文通过水热法,合成出铋系催化剂中具有磁性的Bi_2Fe_4O_9单质和P-p型复合异质结Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化剂。并利用X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)、傅里叶红外(FTIR)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、荧光(PL)等多种手段对催化剂进行表征,具体研究内容如下:(1)以Bi(NO_3)_3·5H_2O作为Bi源,Fei(NO_3)_3·9H_2O作为Fe源,利用水热合成法制备出Bi_2Fe_4O_9光催化剂。通过多种技术手段对Bi_2Fe_4O_9的晶体结构,表面形貌,能带特征,以及光学特性等进行了研究。利用有机染料亚甲基蓝(MB)溶液来模型污染水体,考察Bi_2Fe_4O_9光催化剂在紫外光下的光催化氧化能力,并且以捕获剂实验为根据,深入探讨了Bi_2Fe_4O_9光催化降解MB的机理。(2)将一定质量的Bi_2Fe_4O_9成品投入到NiFe_2O_4的制备过程中,利用水热合成法,制备出具有不同质量分数比例的磁性Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4复合光催化剂。使用多种表征手段对Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4基本特性进行分析,电化学测试结果表明Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4为P-p型复合异质结。分别以MB和Cr(Ⅵ)模拟工业污染水体,考察Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4复合光催化剂在紫外光下的光催化氧化和还原能力。通过重复性测试对Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4的磁性及光催化稳定性进行评价。以牺牲剂实验和荧光实验的结果为依据,对复合催化剂Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4的催化氧化和催化还原的机理进行了深入研究。
【关键词】：磁性 Bi_2Fe_4O_9 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4 光催化 光催化机理
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O644.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点7-11
• 第一章 综述11-19
• 1.1 光催化研究的时代背景和意义11
• 1.2 半导体光催化的作用原理11-12
• 1.3 磁性催化剂12-16
• 1.3.1 磁性催化剂的分类13
• 1.3.2 磁性催化剂的制备13-14
• 1.3.3 磁性催化剂的应用14-16
• 1.3.4 影响磁回收率的因素16
• 1.4 关于磁性铋基材料Bi_2Fe_4O_9的研究16-18
• 1.4.1 Bi_2Fe_4O_9的晶体结构16-17
• 1.4.2 不同形貌Bi_2Fe_4O_9的制备及物性17
• 1.4.3 关于Bi_2Fe_4O_9改性的研究17-18
• 1.5 论文主要研究内容18-19
• 第二章 实验部分19-25
• 2.1 药品及仪器19-20
• 2.2 催化剂的制备20
• 2.3 催化剂的表征20-22
• 2.3.1 X衍射仪20
• 2.3.2 电化学测试20-21
• 2.3.3 电子显微镜21
• 2.3.4 紫外-可见分光光度计21
• 2.3.5 紫外-可见漫反射吸收光谱21
• 2.3.6 傅里叶红外光谱21
• 2.3.7 荧光光谱21-22
• 2.4 光催化反应22-25
• 2.4.1 光催化反应动力学22
• 2.4.2 光催化反应装置22-23
• 2.4.3 有机染料最大光吸收波长的确定23-24
• 2.4.4 有机染料最大光吸收波长的确定24-25
• 第三章 Bi_2Fe_4O_9的制备表征及性能研究25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 Bi_2Fe_4O_9光催化剂的制备25-26
• 3.3 Bi_2Fe_4O_9光催剂的表征26-29
• 3.3.1 Bi_2Fe_4O_9光催化剂的XRD分析26-27
• 3.3.2 Bi_2Fe_4O_9光催化剂的微观形貌27
• 3.3.3 Bi_2Fe_4O_9光催化剂的红外谱图27-28
• 3.3.4 Bi_2Fe_4O_9光催化剂的光吸收特性28-29
• 3.4 Bi_2Fe_4O_9的光催化活性29-32
• 3.5 Bi_2Fe_4O_9的光催化机理32-33
• 3.6 结论33-34
• 第四章 复合光催化剂Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4的制备表征及光催化性能研究34-47
• 4.1 引言34
• 4.2 复合光催化剂Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4的制备34-35
• 4.3 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化剂的表征35-38
• 4.3.1 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化剂的XRD分析35-36
• 4.3.2 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化剂的SEM分析36-38
• 4.3.3 光催化剂的光吸收特性38
• 4.4 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化活性38-43
• 4.4.1 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化活性38-40
• 4.4.2 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4的稳定性40-41
• 4.4.3 s-2 样品与TiO_2光催化对比41-43
• 4.5 Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化机理43-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 复合光催化剂Bi_2Fe_4O_9/NiFe_2O_4光催化还原的研究47-53
• 5.1 前言47
• 5.2 溶液的配置47-48
• 5.2.1 硫酸（1+1）溶液47
• 5.2.2 磷酸（1+1）溶液47
• 5.2.3 铬标准储备液47
• 5.2.4 铬标准使用溶液47-48
• 5.2.5 显色剂溶液48
• 5.2.6 模拟Cr(Ⅵ)污水48
• 5.3 Cr(Ⅵ)标准曲线的绘制48
• 5.4 光催化还原Cr(Ⅵ)48-50
• 5.5 重复性测试50-51
• 5.6 光催化还原反应机理51
• 5.7 本章小结51-53
• 总结53-54
• 参考文献54-62
• 发表文章目录62-64
• 致谢64-65

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本文编号：945807