李艳霞[1]2007年在《掺N纳米TiO_2光催化材料制备及应用研究》文中研究说明由于纳米TiO_2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定、成本低等优点，被公认为是环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料。但是由于纳米TiO_2的带隙较宽，仅在紫外光下具有较高光催化活性，且催化剂回收困难，限制了其工业化进程。针对纳米TiO_2的以上缺点，论文以高岭土为载体，利用非金属元素N对纳米TiO_2进行掺杂改性，制备了具有可见光催化活性的掺N纳米TiO_2和高岭石基掺N纳米TiO_2。研究了两种光催化材料对偶氮染料废水和农药废水的降解过程及机理。得到结论如下：1．研究了掺N纳米TiO_2和高岭石基掺N纳米TiO_2光催化材料的制备方法与条件。采用溶胶-凝胶法制备了复合体系，优化的掺N纳米TiO_2工艺及参数为：溶胶前驱体Ti(OC_4H_9)4-CH_3CH_2OH-N(CH_2CH_2OH)_3-H_2O-NH_3的摩尔配比为1：15：2．5：15：5，在25℃下制备的钛溶胶经过60℃水浴6h形成凝胶，500℃焙烧4h得到掺N纳米TiO_2；优化的高岭石基掺N纳米TiO_2工艺及参数为：溶胶前驱体Ti(OC_4H_9)_4-CH_3CH_2OH-N(CH_2CH_2OH)_3-NH_3·H_2O的摩尔配比为1：30：2.5：5，在6％高岭土浓度、50℃反应温度下得到凝胶状复合体系，经70℃干燥，500℃焙烧2h制备得到高岭石基掺N纳米TiO_2。2．采用XRD、FTIR、Raman和SEM技术对优化条件下制备的样品进行了晶体结构、分子结构和表面形貌的表征分析。结果表明，高岭石表面被纳米锐钛矿相TiO_2均匀覆盖。N取代TiO_2晶格中的部分氧原子位与Ti键合形成Ti-N化学键。N的掺入在一定温度下，阻碍了锐钛矿相TiO_2向金红石相的转变。3．以偶氮染料废水为对象进行了降解脱色研究。偶氮染料废水初始吸光度A_o=0.200，催化剂浓度0.25g╱L，在紫外灯下照射50min，掺N纳米TiO_2和高岭石基掺N纳米TiO_2对偶氮染料废水的脱色率分别为99.3％和99.0％，COD去除率分别为98.6％和97.8％。与掺N纳米TiO_2相比，高岭石基掺N纳米TiO_2降解速度快，且有利于催化剂回收并多次利用。4．在紫外光和模拟太阳光下以DDVP农药为对象进行了降解研究。DDVP初始浓度10mg╱L，催化剂浓度0.2g╱L，在紫外灯下照射50min，高岭石基掺N纳米TiO_2对DDVP的降解率为97.4％。添加适量H_2O_2可加大反应速率。溶液pH值对DDVP的降解效果有较大影响，酸性和碱性环境的降解率高于中性。在模拟太阳光的氙灯下照射150min，高岭石基纳米TiO_2和高岭石基掺N纳米TiO_2对DDVP的降解率分别为51.3％和93.4％。表明N的掺杂使TiO_2的光响应范围由紫外光拓展至可见光。
白春华[2]2005年在《高岭石基金属掺杂纳米TiO_2光催化材料的制备及应用研究》文中进行了进一步梳理在诸多半导体光催化材料中,由于TiO_2具有化学稳定性好、光催化效率高,成本低、无毒等优点。天然非金属矿物是理想的TiO_2载体,采用特定技术可以使TiO_2固定在矿物表面,形成纳米晶体膜。矿物基纳米TiO_2光催化材料具有光催化性能稳定持久、可反复利用等优异特性,在环境工程、绿色生态建材领域显示广阔的应用前景。 本文以高岭石为载体,用溶胶-凝胶法制备高岭石基纳米TiO_2光催化材料。重点研究了金属离子掺杂和金属氧化物直接热合掺杂两种方式修饰改性高岭石基纳米TiO_2。用于掺杂改性的金属离子有:Fe~(3+)、Sn~(4+)、Zn~(2+);用于直接热合的金属氧化物有:Fe_2O_3、ZnO、V_2O_5。 对高岭石基纳米TiO_2光催化剂进行表征,分析高岭石表面、界面特性。分别用XRD、Raman、IR、TEM、AFM、XPS等手段进行表征。TiO_2的平均粒径为1-10nm。从选区电子衍射图片和AFM图象看出TiO_2结晶完整、有序度高。高岭石表面大面积覆盖着单层纳米TiO_2晶体膜。同时也检测出金属离子和氧化物在TiO_2薄膜中存在的状态,从而揭示界面的某些特性及反应的可能机理。 为评价高岭石基纳米TiO_2光催化剂的光催化活性,以含偶氮染料的云母珠光颜料工业废水为研究对象,研究表明,两种掺杂方式均可提高TiO_2的光催化活性,并使得TiO_2的光谱响应范围向可见光区拓展。 研究表明:高岭石基纳米TiO_2光催化材料的制备条件为反应温度50℃,反应时间3h,干燥温度70℃,焙烧温度600℃。 紫外光下,当掺杂1.0%Fe~(3+)时,偶氮染料的降解脱色率为97.6%;掺杂1.5%Sn~(4+)降解脱色率为97.2%;研究认为掺杂Zn~(2+)的高岭石基纳米TiO_2光催化剂,不能提高光催化活性。自然光下,Fe~(3+)掺杂TiO_2使废水的降解效果提高了29.10%;Sn~(4+)掺杂使TiO_2的降解效果提高了34.04%。Fe~(3+)、Sn~(4+)的掺杂使TiO_2的光谱响应范围向可见光区拓展,有利于增强催化剂对可见光的吸收。 Fe_2O_3直接热合掺杂有效地提高了光催化剂的催化活性并拓展了TiO_2的光谱响应范围。紫外光下,0.5%Fe_2O_3直接热合掺杂的高岭石基纳米TiO_2光催化剂对废水的脱色率为98.8%;太阳光下,0.5%Fe_2O_3直接热合掺杂时,废水脱色率提高了38.9%。ZnO直接热合掺杂时,随着掺杂ZnO添加量变化,废水的脱色率变化呈不稳定不规则性,但是总体上光催化活性均有所提高。研究还认为V_2O_5的直接热合掺杂不能提高材料的光催化活性。 本文还研究了高岭石基纳米TiO_2光催化材料的重复利用性。实验表明:该催化材料可重复使用且易于回收。
顾永琴[3]2004年在《高岭石基光催化活性纳米TiO_2的制备及表征》文中研究指明半导体光催化材料是近年引起众多学者广泛关注的研究课题。在诸多半导体光催化材料中，由于TiO_2具有化学稳定性好、光催化效率高，低成本、无毒等优点，在环境工程、绿色生态建材领域将显示广阔的应用前景。纳米级TiO_2具有更高的催化活性，但用纳米粉体TiO_2光催化剂降解污染物，存在着TiO_2易团聚，不利于回收重复利用等问题，因而实际应用受到限制。目前，国内外已有很多学者致力于负载型光催化剂的研究，在保证光催化剂活性的同时，使其能够被重复利用。迄今为止，人们已经研究了许多载体，如：陶瓷，玻璃，石英，不绣钢，活性碳，光纤等。我国非金属矿资源丰富，如果能够将光催化剂与非金属矿物表面复合制备出纳米光催化剂／矿物复合材料，将会推进光催化技术在环境工程、绿色生态建材领域的前进步伐和研究进程。 本文以高岭石为载体，用溶胶-凝胶法成功制得了高岭石基纳米TiO_2光催化剂。并初步研究了水解温度、水解时间、干燥温度、煅烧温度、矿浆浓度等因素对高岭石基纳米TiO_2光催化剂的光催化活性的影响。初步研究表明：高岭石基纳米TiO_2光催化材料的条件是：水解温度37℃，水解时间4h，干燥温度80℃，恒温1h，煅烧温度550℃，恒温3h。 对制得的高岭石基纳米TiO_2光催化剂进行表征，分析高岭石表面、界面特性。XRD分析可知随着煅烧温度的不同，TiO_2光催化剂显示出不同的晶型；TEM照片中可清楚看出高岭石表面被5-10nm的TiO_2颗粒均匀覆盖；通过IR表征可知TiO_2和高岭石之间是以Si-O-Ti键合；XPS分析可得到高岭石基纳米TiO_2的表面原子分布情况，结合Raman图谱我们得出结论，成功地将TiO_2以纳米薄膜的形式均匀的固定在高岭石的表面，形成纳米TiO_2／高岭石矿物复合光催化材料。 为了评价高岭石基纳米TiO_2光催化剂的光催化活性，分别以模拟染料废水酸性红和实际染料废水偶氮染料为研究对象，通过降解实验，发现溶胶-凝胶法制备的高岭石基纳米TiO_2光催化剂，不管是对模拟染料废水，还是对实际染料废水，均有较好的光催化脱色效果。 与以往研究不同的是，本研究是在低温下(37℃水解4h，80℃干燥1h)，用溶胶-凝胶法制备出颗粒分布均匀，化学活性好的纳米TiO_2／高岭石矿物复合光催化材料。在紫外光照射下对模拟染料废水酸性红(20mg／L)催化脱色率为82.44％，对实际染料废水铜络合偶氮染料催化脱色率为91.67％。本研究为纳米TiO_2／高岭石矿物复合光催化材料的进一步研究提供理论和试验依据。
雷绍民[4]2006年在《高岭石基纳米TiO_2复合光催化材料研究》文中研究说明本研究选择非金属矿物高岭石作为载体制备TiO_2复合光催化材料并对其进行掺杂改性和表面修饰。经纳米二氧化钛修饰后仍保留高岭石片状晶形和物理化学性能。然而二氧化钛修饰赋予了高岭石表面新的功能，使其成为具有光催化、光生物化学、光电转换等新特性，用于精细化工、工装涂料、日用建筑陶瓷、卫生洁具、工程塑料、内外墙装修材料和家电表面装饰材料和环境矿物材料等领域，对于消毒灭菌净化空气、保湿除湿、调节空气、废水处理等生态型绿色材料的开发应用，构建节约型环境友好型社会具有特别重要的意义。 本文的研究内容主要包括叁个部分：(1) 高岭石基纳米TiO_2晶体膜的制备、表征及性能研究。(2) 过渡金属掺杂高岭石基纳米TiO_2晶体膜的合成、表征及评价。(3) 含偶氮染料云母珠光颜料工业废水的光催化降解应用研究及作用机理。系统研究了制备高岭石基纳米TiO_2晶体膜的一些基础性问题，探索并优化在高岭石基材表面制备纳米TiO_2晶体膜的工艺条件，重点研究了主要因素影响高岭石基纳米TiO_2晶体结构的规律；构建了过渡金属离子和金属氧化物两种掺杂方式，分析了掺杂合成的微观机制和界面、表面反应机理；研究开发了紫外光、太阳光下均能高效率降解偶氮染料的光催化技术。分析了偶氮染料的分子结构及光催化降解的反应历程。得到如下结论。 一、高岭石基纳米TiO_2晶体膜的制备、表征及性能研究 1．全面系统地考察了影响高岭石基纳米二氧化钛光催化活性的诸多因素。重点研究了前躯体配比、矿浆浓度、水解反应温度、水解反应时间、干燥温度、焙烧温度、焙烧时间及镀膜次数等因素对高岭石基二氧化钛晶相结构及光催化活性的影响。认为水解反应温度和焙烧温度对二氧化钛晶相结构及光催化活性的影响是最为显着的。 2．醇盐水解反应为微放热反应，过低的水解反应温度使水解速率和缩聚速率降低，胶体粒径减小；而水解反应温度过高，水解速率和缩聚速率增大，胶粒凝聚时间短，溶胶不稳定。 正交实验优化的制备工艺条件是：前驱体钛酸四丁酯、无水乙醇、1mol／L的HNO_3、蒸馏水的体积比为5：6：12：39，矿浆浓度为5％，50℃下水解反应3h、70℃干燥1h、600℃下焙烧2h。影响制备高岭石基纳米TiO_2的因素主
刘江[5]2011年在《高岭石粘土基纳米TiO_2的制备与光催化性能研究》文中指出选用高岭石粘土作为载体，通过多种手段的掺杂改性和表面修饰，制备出多种高岭石粘土基二氧化钛（TiO_2）复合光催化材料，研究了不同制备条件下获得的复合光催化剂降解亚甲基蓝的性能，并对其进行了表征分析。通过不同高岭石粘土基纳米TiO_2的制备工艺条件研究，得到了最佳的制备条件：水温度为48℃、焙烧温度为650℃左右、矿浆浓度为5%、水解反应速率为20min.通过高岭石粘土基纳米TiO_2的离子掺杂研究，得出了Ce~(3+)最佳掺杂浓度为0.5%，La~(3+)为0.5%～1%，N为6%；La~(3+)和Fe~(3+)的共掺杂的最佳掺杂浓度0.5%～1%。研究表明，La~(3+)和Fe~(3+)离子共掺杂要比单一离子掺杂更能促进光催化活性。通过Fe_2O_3来直接热合高岭石粘土基纳米TiO_2，可以对TiO_2进行较好的修饰，其最佳热合掺杂浓度为4%。
武丽娟[6]2007年在《La掺杂TiO_2/高岭石光催化材料的制备及应用研究》文中研究说明纳米TiO_2因其光催化活性高、无毒、价廉、稳定性好而引起人们广泛关注。但是TiO_2的带隙较宽(3.2ev)，能利用的太阳能仅占太阳能总量的大约3％，论文采用稀土La掺杂以拓宽TiO_2光谱响应范围并提高其可见光催化能力。论文采用sol-gel法制备了La掺杂TiO_2／高岭石光催化材料。研究了掺杂量、焙烧温度、焙烧时间、水解温度和水解时间五种因素对催化剂光催化活性的影响。分别以模拟印染废水酸性红G、罗丹明B和偶氮染料工业废水为反应物，研究了La掺杂TIO_2／高岭石光催化剂的液相光催化性能，考察了降解条件对其光催化性能的影响，着重考察了多种因素(催化剂用量，反应时间，废水pH值，光照条件，氧化助剂H_2O_2)对La掺杂TiO_2／高岭石光催化剂紫外光下光催化降解污染物的影响以及催化剂在自然光下的光催化反应活性。分别采用XRD、Raman、FTIR和TEM技术对光催化剂的晶体结构、分子结构及表面形貌加以表征，探讨了La掺杂对TiO_2／高岭石基光催化剂光催化活性的影响和稀土离子掺杂机理。结论如下：1．La掺杂TiO_2／高岭石光催化剂的最佳制备条件为：掺La量0.5％，焙烧温度550℃，焙烧时间2h，水浴温度50℃，水浴时间3h。2．XRD、Raman、FTIR和TEM分析。样品XRD光谱显示：La掺杂后，高岭石基材表面TiO_2晶体为锐钛矿相，未见金红石相的X衍射特征峰，与Raman光谱测试结果一致；FTIR测试表明La至少被复合到TiO_2晶体表面或进入TiO_2晶体中。由于热效应差异导致TiO_2晶型转变温度发生改变，提高了TiO_2由锐钛矿相向金红石相的转变温度。TEM照片显示，TiO_2晶体颗粒均匀分布在片状基材高岭石表面。3．研究表明，紫外光下，La掺杂后的光催化剂对酸性红G溶液、罗丹明B溶液和偶氮染料工业废水的脱色率最高分别为97.03％、98.18％和99.57％，比未掺杂样品对废水脱色率分别提高了14.36％、17.45％和12.34％；自然光下，La掺杂催化剂比未掺杂样品对酸性红G溶液、罗丹明B溶液和偶氮染料工业废水的脱色率也分别提高了13.87％，6.73％和5.96％。La的掺杂能有效地使TiO_2的光谱响应范围向可见光区拓展。4．废水初始pH值对其脱色率有明显影响。在强酸性条件下，催化剂废水的脱色率均在90％以上。5．适量外加H_2O_2能促进·OH的生成，提高光催化反应速率和效率。
王姣[7]2017年在《矿物负载型铁基纳米环境材料的制备及吸附降解机理研究》文中认为作为环境水体中非常重要的两类污染物,重金属和有机污染物的吸附和降解技术已引起人们的关注。纳米零价铁和纳米铁氧化物在环境修复领域有广泛的应用,但其修复效果取决于材料性能的好坏。本论文利用矿物载体作为稳定剂,制备得到蒙脱石基和高岭石基矿物负载型纳米零价铁、蒙脱石负载型纳米铁氧化物、石墨烯改进型蒙脱石负载型纳米铁氧化物复合材料。对其进行了水中重金属的吸附试验和有机污染物光催化降解试验。主要取得如下结果:(1)通过粉煤灰淋滤实验和迁移模拟实验,揭示了粉煤灰堆周边渗流场中元素的迁移规律,分析地下水中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn污染产生的原因和影响因素,并划分重点监测元素Al,As,B,Ba,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,Mg,Mn,V,Pb,Sb,Ni和Zn类型。(2)以蒙脱石、高岭石为负载基质,采用硼氢化钠化学液相还原法制备出一系列矿物负载型纳米零价铁,有效解决纳米零价铁的团聚问题,减缓纳米零价铁的氧化。通过不同的表征手段,揭示了材料的物理化学特征,探讨了材料质量与制备条件的相关性,研究了材料的吸附效果和再生性,阐明了材料的吸附机理。(3)利用硼氢化钠化学液相还原联合水热法的方式设计合成了蒙脱石/石墨烯负载型铁氧化物纳米复合材料。揭示了对可见光有反应的便宜无毒的铁氧化物纳米光催化剂、磁力活性成分、蒙脱石负载的具有防团聚性能的纳米结构和石墨烯增强的空穴电子对分离效率的协同作用机理。(4)研究了矿物负载型纳米零价铁对水中重金属离子Cu(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Pb(Ⅱ)的去除效果、过程和机制;探究了矿物负载型纳米铁氧化物对水中有机物质的光催化效果、过程和机制,建立了复杂水质条件下铁基纳米材料环境应用的概念体系。
李艳霞, 王岩[8]2010年在《高岭石基掺N纳米TiO_2的制备及对农药的降解研究》文中研究指明采用溶胶-凝胶法制备高岭石基掺N纳米TiO2,利用FTIR,SEM等技术对样品进行表征,结果表明N取代氧晶格中的部分氧原子位,与Ti键合形成Ti-N键,纳米TiO2均匀分布在高岭石表面。利用高岭石基掺N纳米TiO2在氙灯下处理敌敌畏农药,取得较好的降解效果。
白春华, 雷绍民, 郑水林, 石钰, 褚景倍[9]2011年在《Zn~(2+)掺杂高岭石基纳米TiO_2光催化材料的表面特性研究》文中研究指明基于高岭石表面是以Si-O键为主的亲水表面且具有巨大比表面积,易于复合光催化优异的TiO2膜。以高岭石为基材,溶胶-凝胶法制备了具有光催化活性的Zn2+掺杂TiO2/高岭石复合光材料。采用XRD、FTIR、Raman、XPS等技术对材料的晶体结构、分子结构、表面元素组成及化学态、纳米TiO2晶体膜的覆盖面积进行表征分析。结果表明:Ti-O与高岭石结构的Si-O发生化学键合,在高岭石表面形成Si-O-Ti键合的纳米TiO2晶体膜,占高岭石表面积的91.35%。掺杂的Zn2+只是在TiO2晶体表面复合氧化成红锌矿,而不能进入TiO2晶格。物理化学复合增加了基材高岭石表面晶体缺陷,有利于TiO2晶体表面光生载流子的增生和传输。
姜叁营, 许红亮, 李勇辉, 张彬, 陈德良[10]2013年在《高岭土/纳米TiO_2复合光催化材料制备及性能研究》文中提出以高岭土为载体、钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备出高岭土/纳米TiO2复合光催化材料。采用XRD、SEM、EDS等方法对其物相组成和显微结构进行了表征,以亚甲基蓝(MB)溶液为目标降解物对其光催化性能进行了研究。结果表明:高岭石的粒径明显减小,且晶片表面负载了大量10~30 nm的锐钛矿相TiO2晶粒。复合光催化材料对MB分子的去除率随光催化反应时间的延长逐步提高,且受TiO2负载量、投入量、MB溶液浓度的影响;当TiO2负载量为5 mmol/g、投入量为2 g/L、MB溶液为10 mg/L时,暗反应吸附1 h、光催化90 min后对MB的去除率可达89.26%,显示出较好的光催化性能和去除效果。随着循环利用次数的增加,复合粉体的光催化性能逐步提高,并具有较高的回收率。
参考文献：
[1]. 掺N纳米TiO_2光催化材料制备及应用研究[D]. 李艳霞. 武汉理工大学. 2007
[2]. 高岭石基金属掺杂纳米TiO_2光催化材料的制备及应用研究[D]. 白春华. 武汉理工大学. 2005
[3]. 高岭石基光催化活性纳米TiO_2的制备及表征[D]. 顾永琴. 武汉理工大学. 2004
[4]. 高岭石基纳米TiO_2复合光催化材料研究[D]. 雷绍民. 武汉理工大学. 2006
[5]. 高岭石粘土基纳米TiO_2的制备与光催化性能研究[D]. 刘江. 辽宁工程技术大学. 2011
[6]. La掺杂TiO_2/高岭石光催化材料的制备及应用研究[D]. 武丽娟. 武汉理工大学. 2007
[7]. 矿物负载型铁基纳米环境材料的制备及吸附降解机理研究[D]. 王姣. 中国科学技术大学. 2017
[8]. 高岭石基掺N纳米TiO_2的制备及对农药的降解研究[J]. 李艳霞, 王岩. 环境科技. 2010
[9]. Zn~(2+)掺杂高岭石基纳米TiO_2光催化材料的表面特性研究[J]. 白春华, 雷绍民, 郑水林, 石钰, 褚景倍. 人工晶体学报. 2011
[10]. 高岭土/纳米TiO_2复合光催化材料制备及性能研究[J]. 姜叁营, 许红亮, 李勇辉, 张彬, 陈德良. 人工晶体学报. 2013