一维TiO 2 基紫外光催化剂的制备及降解甲苯研究
发布时间：2023-05-31 01:33
光催化技术具有条件温和、不产生二次污染等优点,在环境净化尤其是室内气相污染物去除方面具有极佳的应用前景。TiO2性能优良,性质稳定,价廉易得,是理想的光催化材料。其实际应用中存在着光生电子-空穴复合率高、负载困难等问题。本文以提高TiO2的实用性为目的,针对TiO2紫外光催化剂开发中的结构化、负载化等热点问题,重点开发改进了高性能一维TiO2光催化剂的制备工艺,并探讨了贵金属沉积、原位金属掺杂工艺对一维TiO2光催化剂光催化性能的影响；并针对本文开发的一维TiO2光催化剂,以甲苯为探针污染物进一步研究了TiO2光催化降解甲苯的反应动力学。本文研究为新型高效TiO2基紫外光催化剂的开发提供了理论支持。 首先,以钛片为原料,采用阳极氧化法制备了直接负载于钛片的TiO2阵列纳米管结构,考察了乙二醇有机电解液体系中氧化电压、氧化时间等制备参数对TiO2阵列纳米管长度、直径等的影响。在此基础上,通过控制氢氟酸及水的浓度,获得了直接负载的TiO2一维线管复合结构。该材料底部为纳米管、顶部为纳米线,直接负载于钛片上,具有良好的光催化性能和负载性能。 其次,为开发简易、价廉的一维结构TiO2紫外光催化...
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表清单
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 TiO2的光催化原理
1.2.1 TiO2的晶体结构
1.2.2 TiO2的能带结构
1.2.3 光催化基本原理
1.2.4 TiO2光催化的表面反应历程
1.3 TiO2光催化剂的研究现状
1.3.1 TiO2光催化剂的制备方法
1.3.2 TiO2光催化剂的负载
1.3.3 TiO2光催化剂的应用
1.3.4 TiO2光催化性能的改进
1.3.5 TiO2一维结构的研究现状
1.4 污染物降解的动力学研究
1.5 立题依据与研究内容
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
1.5.3 课题来源
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
2.1.1 原材料与试剂
2.1.2 主要实验仪器
2.2 催化材料测试方法
2.2.1 X-射线衍射(XRD)
2.2.2 扫描电镜(SEM)
2.2.3 透射电镜-电子能谱(TEM-EDS)
2.2.4 X-射线光电子能谱(XPS)
2.2.5 紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)
2.2.6 光致发光谱(PL)
2.2.7 氮气吸附-脱附分析(Nitrogen adsorption-desorption)
2.2.8 热重-差热测定(TG-DSC)
2.3 光催化性能测试
2.3.1 甲苯检测方法及标准曲线绘制
2.3.2 催化剂活性测试方法
2.3.3 催化剂活性数据处理
3 阳极氧化法制备一维线管复合结构的纳米TiO2
3.1 实验过程
3.1.1 钛片准备
3.1.2 TiO2阵列纳米管制备
3.1.3 TiO2纳米线制备
3.1.4 主要表征手段
3.2 阳极氧化法制备阵列TiO2纳米管
3.2.1 阵列TiO2纳米管的分析表征
3.2.2 制备条件对阵列TiO2纳米管光催化性能的影响
3.3 阳极氧化法制备一维线管复合结构的纳米TiO2
3.3.1 一维线管复合结构TiO2的分析表征
3.3.2 一维线管复合结构TiO2的光催化活性研究
3.3.3 一维线管复合结构TiO2的制备机理
3.4 本章小结
4 水热法制备一维TiO2纳米管及其贵金属修饰
4.1 实验过程
4.1.1 实验装置
4.1.2 实验步骤
4.1.3 主要表征手段
4.2 银负载一维TiO2纳米管的形貌结构表征
4.2.1 制备过程中样品的形貌变化
4.2.2 银负载一维TiO2纳米管的XRD表征
4.2.3 银负载一维TiO2纳米管的TEM-EDS表征
4.2.4 银负载一维TiO2纳米管的孔结构分析
4.2.5 银负载一维TiO2纳米管的XPS表征
4.3 银负载一维TiO2纳米管光学性能表征
4.3.1 银负载一维TiO2纳米管的UV-vis DRS表征
4.3.2 银负载一维TiO2纳米管的PL表征
4.4 贵金属负载一维TiO2纳米管光催化性能研究
4.4.1 热处理温度对一维TiO2纳米管光催化性能的影响
4.4.2 贵金属种类对一维TiO2纳米管光催化性能的影响
4.5 贵金属负载一维TiO2纳米管制备机理
4.6 本章小结
5 水热法制备金属原位掺杂TiO2纳米管
5.1 实验过程
5.1.1 实验装置
5.1.2 实验步骤
5.1.3 主要表征手段
5.2 金属原位掺杂TiO2纳米管的表征
5.2.1 金属原位掺杂TiO2纳米管的XRD表征
5.2.2 金属原位掺杂TiO2纳米管的SEM表征
5.2.3 金属原位掺杂TiO2纳米管的XPS表征
5.2.4 金属原位掺杂TiO2纳米管的UV-vis DRS表征
5.2.5 金属原位掺杂TiO2纳米管的孔结构分析
5.3 金属原位掺杂TiO2纳米管光催化性能
5.4 水热法制备金属原位掺杂TiO2纳米管的机理探讨
5.5 本章小结
6 超声氧化法制备一维介孔TiO2纳米棒
6.1 实验过程
6.1.1 实验装置
6.1.2 实验步骤
6.1.3 主要表征手段
6.2 氢钛酸纳米管的分析表征
6.2.1 氢钛酸的相结构及成分表征
6.2.2 氢钛酸及原料钛粉的表观形貌
6.2.3 氢钛酸的TEM表征
6.2.4 氢钛酸的孔结构分析
6.2.5 氢钛酸的热重差热分析
6.3 一维介孔TiO2纳米棒的分析表征
6.3.1 一维介孔TiO2纳米棒的相结构及成分表征
6.3.2 一维介孔TiO2纳米棒的表观形貌
6.3.3 一维介孔TiO2纳米棒的TEM表征
6.3.4 一维介孔TiO2纳米棒的孔结构分析
6.3.5 热处理工艺对光催化样品性能的影响
6.4 超声氧化法制备一维TiO2纳米棒的机理研究
6.4.1 超声对反应过程的影响
6.4.2 氧化时间对反应进程的影响
6.4.3 推测的制备机理
6.5 本章小结
7 TiO2降解低浓度甲苯的研究
7.1 实验过程
7.1.1 实验装置
7.1.2 实验步骤
7.2 光催化反应影响因素研究
7.2.1 环境湿度的影响
7.2.2 氧气浓度的影响
7.2.3 甲苯初始浓度的影响
7.3 降解模型的建立与求解
7.3.1 降解模型的建立
7.3.2 降解模型的求解
7.4 小结
8 结论与建议
8.1 主要结论
8.2 对未来工作的建议
参考文献
论文的创新点
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间申请的发明专利
作者简介
致谢
本文编号：3825424
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
图表清单
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 TiO2的光催化原理
1.2.1 TiO2的晶体结构
1.2.2 TiO2的能带结构
1.2.3 光催化基本原理
1.2.4 TiO2光催化的表面反应历程
1.3 TiO2光催化剂的研究现状
1.3.1 TiO2光催化剂的制备方法
1.3.2 TiO2光催化剂的负载
1.3.3 TiO2光催化剂的应用
1.3.4 TiO2光催化性能的改进
1.3.5 TiO2一维结构的研究现状
1.4 污染物降解的动力学研究
1.5 立题依据与研究内容
1.5.1 立题依据
1.5.2 研究内容
1.5.3 课题来源
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
2.1.1 原材料与试剂
2.1.2 主要实验仪器
2.2 催化材料测试方法
2.2.1 X-射线衍射(XRD)
2.2.2 扫描电镜(SEM)
2.2.3 透射电镜-电子能谱(TEM-EDS)
2.2.4 X-射线光电子能谱(XPS)
2.2.5 紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)
2.2.6 光致发光谱(PL)
2.2.7 氮气吸附-脱附分析(Nitrogen adsorption-desorption)
2.2.8 热重-差热测定(TG-DSC)
2.3 光催化性能测试
2.3.1 甲苯检测方法及标准曲线绘制
2.3.2 催化剂活性测试方法
2.3.3 催化剂活性数据处理
3 阳极氧化法制备一维线管复合结构的纳米TiO2
3.1.1 钛片准备
3.1.2 TiO2阵列纳米管制备
3.1.3 TiO2纳米线制备
3.1.4 主要表征手段
3.2 阳极氧化法制备阵列TiO2纳米管
3.2.1 阵列TiO2纳米管的分析表征
3.2.2 制备条件对阵列TiO2纳米管光催化性能的影响
3.3 阳极氧化法制备一维线管复合结构的纳米TiO2
3.3.2 一维线管复合结构TiO2的光催化活性研究
3.3.3 一维线管复合结构TiO2的制备机理
3.4 本章小结
4 水热法制备一维TiO2纳米管及其贵金属修饰
4.1 实验过程
4.1.1 实验装置
4.1.2 实验步骤
4.1.3 主要表征手段
4.2 银负载一维TiO2纳米管的形貌结构表征
4.2.1 制备过程中样品的形貌变化
4.2.2 银负载一维TiO2纳米管的XRD表征
4.2.3 银负载一维TiO2纳米管的TEM-EDS表征
4.2.4 银负载一维TiO2纳米管的孔结构分析
4.2.5 银负载一维TiO2纳米管的XPS表征
4.3 银负载一维TiO2纳米管光学性能表征
4.3.1 银负载一维TiO2纳米管的UV-vis DRS表征
4.3.2 银负载一维TiO2纳米管的PL表征
4.4 贵金属负载一维TiO2纳米管光催化性能研究
4.4.1 热处理温度对一维TiO2纳米管光催化性能的影响
4.4.2 贵金属种类对一维TiO2纳米管光催化性能的影响
4.5 贵金属负载一维TiO2纳米管制备机理
4.6 本章小结
5 水热法制备金属原位掺杂TiO2纳米管
5.1 实验过程
5.1.1 实验装置
5.1.2 实验步骤
5.1.3 主要表征手段
5.2 金属原位掺杂TiO2纳米管的表征
5.2.1 金属原位掺杂TiO2纳米管的XRD表征
5.2.2 金属原位掺杂TiO2纳米管的SEM表征
5.2.3 金属原位掺杂TiO2纳米管的XPS表征
5.2.4 金属原位掺杂TiO2纳米管的UV-vis DRS表征
5.2.5 金属原位掺杂TiO2纳米管的孔结构分析
5.3 金属原位掺杂TiO2纳米管光催化性能
5.4 水热法制备金属原位掺杂TiO2纳米管的机理探讨
5.5 本章小结
6 超声氧化法制备一维介孔TiO2纳米棒
6.1 实验过程
6.1.1 实验装置
6.1.2 实验步骤
6.1.3 主要表征手段
6.2 氢钛酸纳米管的分析表征
6.2.1 氢钛酸的相结构及成分表征
6.2.2 氢钛酸及原料钛粉的表观形貌
6.2.3 氢钛酸的TEM表征
6.2.4 氢钛酸的孔结构分析
6.2.5 氢钛酸的热重差热分析
6.3 一维介孔TiO2纳米棒的分析表征
6.3.1 一维介孔TiO2纳米棒的相结构及成分表征
6.3.2 一维介孔TiO2纳米棒的表观形貌
6.3.3 一维介孔TiO2纳米棒的TEM表征
6.3.4 一维介孔TiO2纳米棒的孔结构分析
6.3.5 热处理工艺对光催化样品性能的影响
6.4 超声氧化法制备一维TiO2纳米棒的机理研究
6.4.1 超声对反应过程的影响
6.4.2 氧化时间对反应进程的影响
6.4.3 推测的制备机理
6.5 本章小结
7 TiO2降解低浓度甲苯的研究
7.1 实验过程
7.1.1 实验装置
7.1.2 实验步骤
7.2 光催化反应影响因素研究
7.2.1 环境湿度的影响
7.2.2 氧气浓度的影响
7.2.3 甲苯初始浓度的影响
7.3 降解模型的建立与求解
7.3.1 降解模型的建立
7.3.2 降解模型的求解
7.4 小结
8 结论与建议
8.1 主要结论
8.2 对未来工作的建议
参考文献
论文的创新点
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间申请的发明专利
作者简介
致谢
本文编号：3825424
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3825424.html
