二氧化钛纳米纤维材料的制备及其对甲醛的光催化降解性能
本文选题：光催化 + 二氧化钛 ； 参考：《东华大学》2017年硕士论文
【摘要】：近年来,环境问题受到了越来越多的关注,水资源、空气污染等室外环境污染问题极其严峻。事实上室内污染在很多时候比室外环境污染更严重,室内环境的污染也同样亟待解决。半导体光催化材料由于在治理环境等方面的巨大潜力逐渐引起了科研工作者的关注。在常用的半导体材料中,二氧化钛(TiO_2)因其具有廉价、稳定、性能优异,无毒等优点得到了深入而广泛的研究。在实际应用中,二氧化钛仍然具有一些限制性的缺陷。TiO_2颗粒在光催化过程中容易出现较为严重的团聚现象,极大降低了其与污染物的接触面积,并且粉末状还存在着难回收、容易造成二次污染等问题;在光催化反应中TiO_2只能对吸附在其表面上的有机或无机污染物分子进行降解,而对空气中的污染物无能为力;在紫外光照射下,TiO_2的光生电子-空穴对的寿命为纳秒级别,极易在其内部发生复合,较大地影响了其光催化活性;TiO_2的禁带宽度较大,其只能被387 nm以下的紫外光辐照激发,对太阳光能量的利用率不足5%。本论文针对上述问题,以TiO_2纳米纤维为研究对象,通过复合、负载等方式改进其实际应用和光催化性能,所做工作主要如下:(1)通过溶胶-凝胶法与静电纺丝法相结合的方法合成出了PVP/TiO_2-SiO_2前驱体薄膜,经过干燥、热处理后得到具有较好柔性的TiO_2/SiO_2纳米纤维薄膜。通过SEM观察其表面形貌,可以看出纤维表面比较均匀,直径分布在75-250 nm之间。XRD和TEM图像表明TiO_2在纤维中主要以锐钛矿相存在,并且TiO_2纳米晶颗粒的大小在6 nm到10 nm之间。纤维中SiO_2是以无定型态存在,因此纤维薄膜具有较好的力学性能,并能够进行任意弯折。TiO_2/SiO_2纳米纤维对PM2.5等空气固态悬浮颗粒物具有较好的过滤效率。之后,通过物理粘合的方式将其与活性炭纤维布结合在一起,得到活性碳纤维布/TiO_2-SiO_2光催化材料。活性炭纤维优异的吸附特性,使甲醛分子源源不断的流向TiO_2/SiO_2纤维上,在紫外光光催化降解甲醛气体的实验中,降解效率在两小时内可达到90%,相比TiO_2/SiO_2纤维相同条件下的光催化效率有了明显提升。(2)通过水热法合成出了石墨烯量子点。量子点尺寸大小基本分布在7-12 nm之间。然后将上述(1)中制备的TiO_2/SiO_2纤维薄膜浸入到石墨烯量子点溶液中处理后,再通过热处理后得到结合性较好的GQDs/TiO_2-SiO_2复合纤维。此时纤维仍然具有较好的结晶性和力学性能。GQDs/TiO_2-SiO_2复合纤维的吸收带边缘延伸到可见光区,使复合纤维能够在可见光下进行光催化降解污染物,并且具有较好的光催化活性。(3)首先将(1)中合成的TiO_2/SiO_2纳米纤维浸入到硝酸银溶液中,紫外光照射下进行预还原,然后将薄膜转移到不同浓度的硝酸银溶液中进行水热反应,制备Ag负载的TiO_2/SiO_2复合纳米纤维膜,薄膜具有较好的力学性能,且Ag纳米团簇在纤维上均匀分布且稳定。负载Ag纳米在TiO_2/SiO_2纳米纤维上,能够使光生电子的迅速转移到Ag纳米颗粒上,减少了光生电子-空穴对的复合,从而使光催化活性得到了提高。并且明显地拓宽了TiO_2的光响应范围,使其在可见光区具有较好的吸收性能。随着Ag含量的增加,负载的Ag纳米颗粒的尺寸逐渐增大。样品0.001-Ag-TiO_2/SiO_2的表面Ag纳米团簇分布均匀、稳定,并且对甲醛分子的可见光光催化降解性能最好。
[Abstract]:In recent years , the environmental problems have been paid more and more attention , and the problems of water resources , air pollution and other outdoor environmental pollution are very serious . In fact , the photocatalytic activity of TiO _ 2 is more serious than that of outdoor environment . ( 2 ) The graphene quantum dots were synthesized by hydrothermal method . The size and size of the quantum dots were distributed between 7 and 12 nm .
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ340.1;O643.36
【参考文献】
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，本文编号：2060779
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