银掺杂多孔二氧化钛的制备、表征和光催化性能的研究

发布时间：2017-05-11 00:13

  本文关键词：银掺杂多孔二氧化钛的制备、表征和光催化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米氧化钛作为半导体光催化剂有广泛的应用范围,但存在光能利用率低且光生电子空穴复合率高的缺陷。针对这两个缺陷,本文通过造孔和掺杂的手段来提高氧化钛的光催化活性。利用以PEG-1000为模板剂,采用溶胶凝胶法制备多孔二氧化钛,并通过正交实验法优选多孔氧化钛的制备条件。再利用紫外光还原法在多孔氧化钛中进行银掺杂,筛选银掺杂多孔氧化钛的制备条件。对所制备样品进行多种表征:静态氮吸附仪(BET)、X射线粉末衍射、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)等。最后对银掺杂样品的光催化条件进行优化,并进行动力学研究。实验结果表明:多孔氧化钛的最佳制备条件是n(水):n(钛酸丁酯)=10:1,n(PEG):n(钛酸丁酯)=0.25:1,马弗炉中450℃煅烧3h。多孔氧化钛的比表面积为33.9899m2/g,孔容为0.1583m L/g,平均孔径为9.4nm;其XRD图显示出锐钛矿相为主,粒径为16.7nm;SEM中可观察到多孔氧化钛是球型颗粒。50m L,10mg/L的甲基橙溶液在紫外灯照射下自制多孔TiO_2能在120min内降解完全。银掺杂多孔氧化钛的最优条件:掺银量为1.5%,紫外光照还原的时间为7min。1.5%Ag-TiO_2样品测试的比表面积为6.5183 m2/g,孔容为0.1442m L/g,平均孔径为1.0nm;吸收峰在紫外可见谱发生明显红移;XRD图显示银的掺入没有改变锐钛矿相,但是抑制了金红石的生成,粒径约为12.6nm。利用1.5%Ag-TiO_2样品80min内在紫外光和可见光下的降解率分别达到99.99%和93.35%。银的掺入改善了多孔氧化钛的结构,使光吸收能力增强,光吸收范围拓宽,提高太阳能利用率。1.5%Ag-TiO_2样品光催化降解反应的最优条件是:降解时间紫外光为80min,可见光为100min,催化剂使用量为4g/L,甲基橙溶液c0=10mg/L。碱性条件下溶液pH值越大,酸性条件下溶液pH值越小,光催化性越好,且酸性优于碱性。加入双氧水也可以提高光催化活性。本文还针对甲基橙溶液在紫外光条件下降解反应的动力学进行研究,发现光催化反应符合动力学准一级反应模型。
【关键词】：光催化剂 多孔氧化钛 银掺杂氧化钛 甲基橙 光催化性能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ134.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-27
• 1.1 纳米半导体材料简况11-15
• 1.1.1 纳米半导体材料的研究现状12-13
• 1.1.2 纳米半导体材料的光催化性13-15
• 1.2 纳米TiO_2材料15-24
• 1.2.1 纳米TiO_2的光催化性及机理17-18
• 1.2.2 纳米TiO_2的制备方法18-20
• 1.2.3 纳米TiO_2的改性20-22
• 1.2.4 纳米TiO_2的应用22-24
• 1.3 多孔TiO_2材料的研究现状24-25
• 1.4 论文研究目的、意义和主要研究内容25-27
• 1.4.1 论文研究目的、意义25-26
• 1.4.2 论文主要研究内容26-27
• 2 多孔TiO_2的制备、表征和光催化性能评价27-45
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验制备过程28-32
• 2.2.1 仪器、药品28-29
• 2.2.2 多孔TiO_2的制备29
• 2.2.3 光催化性能实验29-31
• 2.2.4 样品测试与表征31-32
• 2.3 多孔TiO_2制备条件优选32-41
• 2.3.1 模板剂的影响32-34
• 2.3.2 模板剂(PEG-1000)用量的影响34-35
• 2.3.3 蒸馏水用量的影响35-36
• 2.3.4 煅烧温度影响36-38
• 2.3.5 煅烧时间影响38-39
• 2.3.6 正交实验39-41
• 2.4 多孔TiO_2表征41-44
• 2.4.1 多孔TiO_2比表面积及孔径分析41-42
• 2.4.2 多孔TiO_2 XRD分析42-43
• 2.4.3 多孔TiO_2电镜分析(SEM)43
• 2.4.4 多孔TiO_2 UV-Vis DRS分析43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 银掺杂多孔TiO_2的制备、表征和光催化性能评价45-56
• 3.1 引言45
• 3.2 实验制备过程45-46
• 3.2.1 仪器、药品45-46
• 3.2.2 银掺杂多孔TiO_2的制备46
• 3.3 实验结果与讨论46-55
• 3.3.1 不同制备方法的银掺杂样品光催化性能评价46-48
• 3.3.2 掺银量对光催化性的影响48-49
• 3.3.3 紫外光照还原时间对光催化性的影响49-50
• 3.3.4 FI-IR光谱分析50-51
• 3.3.5 UV-Vis DRS分析51-52
• 3.3.6 比表面及孔径分析52-53
• 3.3.7 SEM分析53-54
• 3.3.8 XRD分析54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 光催化降解甲基橙条件的探究56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 实验药品及过程56-57
• 4.3 不同降解反应条件对光催化性的影响57-62
• 4.3.1 光催化降解时间57-58
• 4.3.2 光催化剂的用量58-59
• 4.3.3 甲基橙溶液的起始浓度59-60
• 4.3.4 pH值60-61
• 4.3.5 氧化剂H_2O_2的加入量61-62
• 4.4 催化剂用量对甲基橙光催化反应的动力学研究62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 结论65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果73-74
• 致谢74-75

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