水热法制备二氧化钛和其氧化锌纳米复合材料及光催化性能研究

发布时间：2017-10-05 18:53

  本文关键词：水热法制备二氧化钛和其氧化锌纳米复合材料及光催化性能研究

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【摘要】：二氧化钛(TiO_2)是一种重要的光催化剂,具有氧化能力强、化学性质稳定、无毒、价格低廉等特点,在空气净化和水污染处理等方面表现出较大的研究价值。将其与其他半导体材料复合可以进一步提高其光催化性能。采用水热法制备了TiO_2纳米材料以及二氧化钛/氧化锌(TiO_2/ZnO)纳米复合材料,利用XRD、SEM、UV-vis等手段对其结构、微观形貌和光学性质进行了表征。以光催化降解罗丹明B溶液的降解率为指标,对其光催化性能进行了研究。首先采用水热法,通过正交实验成功制备本征TiO_2纳米材料,以光催化降解罗丹明B溶液的降解率为指标,应用极差分析法,得出了前驱体溶液pH值是影响TiO_2纳米材料光催化性能的最重要因素,并且优化了制备工艺参数。进一步研究发现,罗丹明B溶液初始浓度越低,TiO_2样品光催化效率越高；罗丹明B溶液为弱酸性时,TiO_2样品光催化效率较高；催化剂投放量在1.0～2.0g/L之间时,TiO_2样品的光催化效率较高。其次,基于优化工艺参数下制备的本征TiO_2纳米材料,成功制备了TiO_2/ZnO纳米复合材料。TiO_2/ZnO纳米复合材料紫外可见光吸收测试结果显示：与TiO_2纳米材料的紫外可见光吸收光谱相比,该材料的吸收光谱发生了明显的红移,表明ZnO的复合拓展了样品的光吸收范围；TiO_2/ZnO纳米复合材料的PL光谱测试结果显示：该材料的发光强度低于TiO_2纳米材料的发光强度,表明TiO_2/ZnO纳米复合材料对光生载流子的复合起到了抑制作用。对所制备的复合样品进行光催化实验,结果显示：Ti与Zn的摩尔比为100：10时,复合样品的光催化性能相比本实验中其他样品为最佳,其在紫外光和可见光下的光催化效率均高于本征TiO_2纳米材料。最后,对金属离子掺杂TiO_2/ZnO纳米复合材料的光催化性能进行了初步探索,研究发现1%的铁(Fe)离子掺杂提高了TiO_2/ZnO材料的光催化性能,而1%的镧(La)离子掺杂对TiO_2/ZnO材料的光催化性能有所抑制。
【关键词】：水热法 TiO_2纳米材料 TiO_2/ZnO纳米复合材料 光催化
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 TiO_2纳米材料概述11-15
• 1.2.1 TiO_2的晶体结构11-12
• 1.2.2 TiO_2的光催化机理12-13
• 1.2.3 TiO_2纳米材料的制备方法13-14
• 1.2.4 提高材料光催化效率的方法14-15
• 1.3 ZnO纳米材料概述15-16
• 1.4 TiO_2/ZnO纳米复合材料的研究进展16-17
• 1.5 主要工作与研究内容17-20
• 第二章 实验方法设计与样品表征方法20-28
• 2.1 实验试剂与仪器20-21
• 2.2 工艺流程与反应机理21-23
• 2.2.1 TiO_2纳米材料制备的工艺流程与反应机理21-22
• 2.2.2 TiO_2/ZnO纳米复合材料制备的工艺流程与反应机理22-23
• 2.3 样品的测试与表征方法23-24
• 2.3.1 X射线衍射分析23
• 2.3.2 扫描电子显微镜23
• 2.3.3 X射线能量色散谱23-24
• 2.3.4 光致发光谱24
• 2.3.5 紫外可见光光谱24
• 2.4 光催化活性实验24-27
• 2.4.1 光催化降解有机物的选定24-25
• 2.4.2 实验方法25-26
• 2.4.3 光催化活性的评价方法26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 水热法制备TiO_2纳米材料及其光催化性能研究28-48
• 3.1 水热法制备TiO_2纳米材料正交实验设计28-30
• 3.1.1 正交实验设计28-29
• 3.1.2 制备过程29-30
• 3.2 TiO_2纳米材料的表征30-34
• 3.2.1 TiO_2纳米材料的物相表征30-33
• 3.2.2 TiO_2纳米材料的光催化性能表征33-34
• 3.3 正交实验结果分析及工艺优化34-38
• 3.4 优化工艺38-41
• 3.5 TiO_2纳米材料光催化性能的影响因素41-45
• 3.5.1 染料初始浓度对TiO_2光催化效率的影响41-42
• 3.5.2 罗丹明B溶液初始pH值对TiO_2光催化效率的影响42-43
• 3.5.3 TiO_2使用量对光催化效率的影响43
• 3.5.4 不同光源对TiO_2光催化效率的影响43-44
• 3.5.5 不同染料对TiO_2光催化效率的影响44-45
• 3.6 本章小结45-48
• 第四章 TiO_2/ZnO纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究48-62
• 4.1 TiO_2/ZnO纳米复合材料的制备48
• 4.1.1 制备过程48
• 4.1.2 不同复合比例的复合材料的制备48
• 4.2 TiO_2/ZnO纳米复合材料的表征与分析48-52
• 4.2.1 TiO_2/ZnO纳米复合材料的XRD表征48-50
• 4.2.2 TiO_2/ZnO纳米复合材料的SEM表征50
• 4.2.3 TiO_2/ZnO纳米复合材料的EDS表征50
• 4.2.4 TiO_2/ZnO纳米复合材料的光学性能表征50-52
• 4.3 TiO_2/ZnO纳米复合材料的光催化性能研究52-54
• 4.4 金属离子掺杂TiO_2/ZnO纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究54-60
• 4.4.1 制备过程54-55
• 4.4.2 金属离子掺杂TiO_2/ZnO纳米复合材料的表征55-59
• 4.4.3 金属离子掺杂TiO_2/ZnO纳米复合材料可见光照射下光催化性能研究59-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 工作总结62-63
• 5.2 今后工作展望63-64
• 参考文献64-72
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果72-74
• 致谢74

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