多孔氧化钼的制备、结构及其光催化性能

发布时间：2020-08-23 07:55

【摘要】：多孔氧化钼是一种兼具良好吸附性能和优异光催化性能的新型功能材料。与传统光催化剂相比,多孔材料具有高比表面积,有利于催化剂对污染物的吸收和浓缩,而且高比表面积拥有高密度的催化活性中心,加快光催化反应速率。多孔的结构还使入射光在孔道内部多次反射和散射,提高光吸收率。目前大部分多孔光催化剂制备技术都局限于水热法等传统工艺,成本高、周期长、污染环境。针对以上问题,本文将冷冻干燥和溶液燃烧合成传统方法进行改进,并成功制备了多种孔形貌的氧化钼光催化材料。通过冷冻干燥以及对干燥后的多孔钼酸铵坯体进行煅烧分解得到多孔MoO3。通过研究发现,MoO3存在两种结构的孔,定向孔来自于冷冻干燥过程中冰的升华,堆积孔来自于煅烧过程中MoO3的结晶。煅烧温度对MoO3的晶相、带隙结构和光催化性能具有重要影响,其中400°C下制备的MoO3综合性能最好:暗处理30 min褪色率为53.1%,光催化60 min褪色率为99.2%,四次循环催化后光催化效率仍能达到98.1%。采用喷雾冷冻干燥以及高温煅烧制得了多孔MoO3微球。由于溶液在液氮中急冷,与传统冷冻干燥相比,产物的孔更细小致密。在溶液中添加表面活性剂和冷冻保护剂可制备多种孔形貌的微球颗粒;添加二氯甲烷油性溶剂可制备得到大孔、定向孔和小孔相互连通的MoO3微球;改变喷雾距离,制备得到不同尺寸(10~70μm)的多孔微球;添加纳米Ti O2,制备得到MoO3-Ti O2异质结。研究表明,喷雾冷冻干燥制备的多孔催化剂对亚甲基蓝和罗丹明B具有良好的光催化性能,光催化效率都在90%以上。由此可见喷雾冷冻干燥是一种尺寸可控、结构可控、成分可控的新型多孔材料制备方法。根据溶液燃烧合成原理,对传统工艺进行改进,提出了超声喷雾溶液燃烧合成工艺,使反应在微米级尺寸下进行,缩短了离子扩散距离,提高了燃烧效率,成功制备出非晶MoO2多孔微球,微球直径在2μm左右。从透射结果中可以看出,溶液的燃烧是从微球表面向心部定向进行,导致微球内部呈网状梯度孔结构,孔与孔之间相互连通,有利于污染物在催化剂内部的传输。随制备温度的升高MoO2逐渐转变为晶体,并氧化为MoO3,吸附和催化性能也逐渐降低。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ136.12;O643.36
【图文】：

三氧化钼,八面体,典型结构,正交相

66范德华力。正交相三氧化钼按这种方式彼此连接并堆延生(图 1-1 a)。型)MoO3是一种扭曲的三维 ReO3型钨青铜结构，该结构中 Mo 原子处在 MoO3的立方晶胞的八个顶角，一般可通过加热非晶 H2MoO4到一定温度得到黄温度继续上升时就会转变成白色的正交相(α 型)MoO在放热条件下转变成白色的正交相(α 型)MoO3，一种热稳定相(图 1-1 b)。型)MoO3的结构是由 MoO6八面体形成 Z 字形的链，成的隧道结构，结构中在 Mo 的位置上存在很多空位子，能够起到稳定结构的作用(图 1-1c)。这种隧道结，大到足以可以使金属离子自由进入空间结构中。催化等领域有巨大潜在应用价值。h-MoO3是一种热条件下会转变成稳定相的 α-MoO3。

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图 2-1 冷冻干燥和喷雾冷冻干燥制备多孔 MoO3实验操作流程图 Freeze-dried and spray freeze drying experimental operation preparatiMoO3experimental operation flow chart配置溶液：首先配置质量分数为 1wt%的 PVA 溶剂，待 PV加入 10 wt%的钼酸铵，在加热磁力搅拌器上 80°C 搅拌溶液。冷冻干燥：将配备好的溶液倒入模具中，然后置于冰箱中冷冻好的坯体进行脱模，并迅速转移至真空冷冻干燥机（- 24 h。烧结：将冷冻干燥后的多孔坯体置于箱式炉中，以 5 °C°C 保温 1 h，使 PVA 得以完全分解。温烧结：预烧结完成后，以 10°C/min 的速率继续升温至然后随炉冷却，钼酸铵分解得到多孔 MoO3。冷冻干燥制备多孔 MoO3微球

流程图,超声喷雾,燃烧合成,实验操作

配置溶液：首先配置质量分数为 1wt%的 PVA 溶剂，待 PVA中加入 10 wt%的钼酸铵，然后根据配比要求加入适量的 CT在加热磁力搅拌器上 80°C 搅拌 1 h，得到均匀的前驱体溶液喷雾冷冻：将配备好的溶液直接喷雾到液氮中，喷头到液氮面20 cm 之间，喷雾时液氮要磁力搅拌，防止冷冻时样品产生团冷冻干燥：将冷冻后的粉末迅速转移至真空冷冻干燥机（-50燥 24 h。预烧结：将冷冻干燥后的多孔坯体置于箱式炉中，以 5 °C/00°C 保温 1 h，使 PVA 和 CTAB 得以完全分解。高温烧结：预烧结完成后，以 10°C/min 的速率继续升温至随炉冷却，钼酸铵分解得到多孔 MoO3微米球。声喷雾溶液燃烧合成非晶多孔 MoO2微球液燃烧合成为原理，采用超声喷雾溶液燃烧合成非晶多孔 M步骤如图 2-2。

【参考文献】