王洪梅[1]2016年在《TiO_2基复合材料制备及光催化降解异丙醇性能研究》文中研究表明易挥发性有机化合物(VOCs)在日常活动中的广泛应用导致空气污染,光催化技术可以在温和条件下将范围广泛的气相污染物最终降解为无害的产物CO2和H2O,在空气净化应用方面具有非常明显的优势。TiO2因其出色的光催化活性、化学稳定性、低成本及无毒无害等特点仍然是最具应用前景的光催化剂材料。但是仍有很多缺陷制约其在空气净化方面的应用,例如光谱响应范围窄,对目标反应物及中间产物的吸附性较差,矿化率较低等。而较差的吸附性则是导致不完全氧化产物——有毒中间产物释放的关键因素,因此而产生的二次污染则是光催化技术在空气净化方面的重要缺陷之一。本研究选取常见易挥发性有机污染物(VOCs)异丙醇(IPA)为目标反应物对所制备的TiO2基光催化材料性能进行评价,并对材料的光催化降解活性及机理进行分析研究。使用离子液体调控TiCl4盐酸水溶液水解法制备具有不同锐钛矿-金红石比例TiO2表面异相结材料,通过XRD、BET、TEM、DRS等手段对TiO2表面异相结材料的晶型比例、晶粒尺寸、比表面积、异相结结构等晶体结果及化学组态进行表征分析,探讨水解温度、盐酸浓度、离子液体[Emim]Br浓度和煅烧温度对TiO2纳米材料晶型生长的影响,探讨不同锐钛矿-金红石比例对TiO2表面异相结光电性能及其光催化降解IPA活性的影响,对混晶效应的产生机制进行研究。通过表征确定表面异相结TiO2催化剂材料表面物化特征,探究两相比例及表面物化特征对该材料光催化降解IPA过程的影响。对TiO2异相结材料光催化降解IPA的机理及降解途径进解析。选用HKUST-1作为载体,采用两步水热法制备HKUST-1@TiO2核壳结构材料,经过表征测试和活性检验探究其光催化性能。通过将MOFs材料的选择吸附性及光生电子转移途径与传统光催化材料受光激发特性有机结合提高复合材料光催化活性并促进彻底氧化分解反应的进行,有效控制光催化降解IPA反应中间有毒产物丙酮的释放。通过XRD及XPS等手段对HKUST-1@TiO2材料稳定性进行评价,对HKUST-1@TiO2核壳结构光催化降解IPA过程机理进行分析。以叁聚氰胺为前驱体,在惰性气体Ar氛围条件下煅烧制备石墨烯型C3N4。通过改变煅烧温度对C3N4材料能带结构进行调整,与锐钛矿相TiO2结合制备出C3N4/TiO2,对C3N4/TiO2材料可见光照射条件下光催化降解IPA的性能进行评价和分析,通过DRS、MS等手段对催化剂的能带结构进行研究,探究g-C3N4材料的表面物化特征及带隙结构对其可见光光催化降解IPA性能的影响。
因博[2]2013年在《炭质光催化复合材料制备及液相有机物去除性能的研究》文中指出在环境保护领域中,采用半导体光催化材料降解溶液中有机物的反应探索已经进行了几十年。而单纯半导体金属氧化物由于其不易回收、稳定性低、可见光响应性弱、反应效率低等缺点,始终制约着该项技术向工业领域的推广。炭材料具有良好的稳定性与较强的吸附性能,同时作为催化剂载体有着广泛的应用,因此将新型炭材料与传统半导体金属氧化物进行结合,可以有效避免单纯半导体催化剂所产生的各种问题,从而为光催化材料在环境保护领域的发展提供了全新的途径,传统的以活性炭颗粒为代表的一系列炭材料为载体的复合光催化材料的产生已经证明了炭材料在此方向的优越性能。因此,本文旨在采用多种制备方法构建了一系列新型炭质光催化复合材料,并对其液相有机物去除性能进行探索。1.以微孔型沥青基球状活性炭(PSAC)为载体,钛酸四正丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法和浸渍-烧结法分别制备了TiO2/PSAC复合材料。考察了两种方法制备的复合材料对于探针有机物的光催化降解性能以及循环反应性能。结果表明,两种方法制备所得样品均为微孔材料,且具备了光催化降解有机物的活性。其中,溶胶-凝胶法所制备的TiO2/PSAC复合光催化剂在高纯氮气环境下于450℃煅烧后,TiO2晶型为锐钛矿型,并以薄膜形式涂覆在PSAC表层,其在紫外光照射下反应420min对探针有机物的去除率可达96.7%,第叁次循环反应结束后去除率仍能保持在84.0%,分别高于浸渍-烧结法制备样品的90.1%和69.1%,而纯PSAC吸附对于探针有机物的吸附去除率为55.0%。2.以7nm的SiO2为模板剂,采用硬模板法制备的中孔炭(MC)为载体,通过溶胶-凝胶法制备了TiO2/MC复合光催化剂,并考察了其对有机物大分子液相光催化去除能力。复合材料TiO2含量及其晶型结构分别通过改变前驱体组成及煅烧温度进行调节。结果表明,由于中孔炭的纳米孔限域作用,锐钛矿型的TiO2以纳米颗粒形式均匀分散在炭的网络骨架界面上,从而形成了高度分散的TiO2/MC内米复合材料。另外,复合系统中中孔吸附作用的存在,与纳米TiO2的高效光催化产生协同作用,增强了复合材料在紫外光照射下对于水溶液中有机物的去除能力。在紫外光照射下反应75min时样品对探针有机物的去除率可达89%,而最终可达93%。此外,光降解反应遵循一级反应动力学,其最大反应速率常数为0.0147min-1。3.分别以粒径为7nm与12nm的SiO2为模板剂,采用硬模板法制备孔结构不同的中孔炭MC-7以及MC-12,并通过水热法制备非金属氮元素掺杂二氧化钛中孔炭复合光催化剂。氮气吸附测试结果表明样品负载前后孔结构参数有较大程度变化,电镜结果表明氮元素掺杂并未改变样品晶体结构同时有效促进了颗粒尺寸的减小。氮元素的掺杂促使样品产生可见光区激发反应,而MC-7与MC-12相比更适合作为复合催化剂载体,其样品在吸附-光催化协同作用下75液相有机物除率可达68%。4.采用叁种结构不同的经过酸性氧化预处理的碳纳米纤维(CNFs)作为载体,以钛酸异丙酯为前驱体,通过水热法制备TiO2/CNFs复合催化剂,通过改变前驱体组成控制复合催化剂中TiO2含量。在材料复合过程中,纤维表面可以均匀负载锐钛矿型TiO2纳米颗粒,使样品在紫外光照条件下具有较好的液相有机物分子降解性能。CNFs促进了二氧化钛颗粒在其表面的分散,同时在复合材料系统中CNF所具有的吸附性能可与光催化降解作用形成协同效应。在不同CNF作为载体的复合材料中,TiO2/PCNF复合催化剂去除有机物性能高于其它。不同TiO2含量TiO2/PCNF复合催化剂中,TiO2含量80%时复合催化剂120min去除探针有机物效率最高,达到80.1%,不同煅烧温度复合催化剂中,煅烧温度500℃时复合催化剂120min内探针有机物去除效率最高,达到79.2%。在叁次循环反应后,TiO2/PCNF复合催化剂对于液相有机物去除率仍能保持80%以上5.以叁嵌段共聚物F127作为模板剂,钛酸四正丁酯为钛源,使用溶剂蒸发诱导自组装法制备了非金属元素掺杂的中孔TiO2体系。研究了样品制备过程中热处理温度、前驱体配比、氧气后处理等条件对于样品去除水溶液有机物性能的影响。结果表明,样品液相吸附性能由其孔结构决定,光催化降解性能受到晶体结构、元素掺杂含量等因素影响,当样品前驱体配比为1/1,煅烧温度700℃时具有最强的紫外光激发催化活性；当前驱体配比为3/1与4/1且经过氧气后处理时,样品表现出可见光激发响应性,同时紫外光激发响应性也有大幅提高,其对于探针有机物总去除率可分别达89.6%和89.5%。样品具有较高的稳定性,其暗反应、紫外光激发与可见光激发反应对探针有机物去除率均能在多次循环反应后保持稳定。
赵秀丽[3]2012年在《TiO_2光催化剂及TiO_2/ZnO复合光催化剂的制备和性能研究》文中提出TiO_2是一种重要的光催化剂，具有化学性质稳定、成本低、无毒等优点。被广泛用于有机污染物降解、消毒灭菌和自清洁等领域。本文主要研究了TiO_2和ZnO光催化剂及TiO_2/ZnO复合光催化剂的制备方法及制备工艺条件，并采用SEM、XRD、TG-DTA及低温N_2吸附等多种手段对其物理性能进行了表征，以甲基橙溶液的光催化降解作为探针反应，对其光催化性能进行了系统研究，所得的具体研究结果如下：采用溶胶-凝胶法、溶剂热法、溶胶-溶剂热法均能制备出TiO_2光催化剂。通过叁种方法对比得到，采用溶胶-溶剂热法制备的TiO_2晶粒较均匀，粒径较小，比表面积和比孔容均较大，且热稳定性较好；其对甲基橙溶液的光催化降解性能也较高。采用溶胶-溶剂热法制备TiO_2光催化剂的较佳工艺条件为：酸用量为1mL，水用量为1g，晶化时间为12h，晶化温度为120℃。当反应时间为180min时，甲基橙溶液的降解率可达95%以上。以乙酸锌作为锌源，采用沉淀法制备出ZnO晶粒，其晶型发育完整，并且结晶程度高，粒径小，比表面积大，热稳定性好。ZnO光催化剂的较佳制备工艺条件为：CTAB用量为0.05mol/L，陈化时间为4h，焙烧温度为450℃，焙烧时间为2.5h。当反应时间为180min时，甲基橙溶液的降解率超过85%。以钛酸丁酯和乙酸锌为主要原料，采用溶胶-凝胶法可以制备出TiO_2/ZnO复合光催化剂，其晶粒为层状分布，并有团聚现象，颗粒尺寸在500nm以内；其兼具TiO_2和ZnO两种晶型，且锐钛矿晶型的含量较高；其等温N_2吸附-脱附曲线符合第Ⅳ类吸附曲线，具有明显的滞后环，具有小的粒径、大的比表面积和比孔容，且热稳定性高。通过对主要影响因素的考察，确定出TiO_2/ZnO复合光催化剂的较佳制备工艺条件为：Zn:Ti摩尔比为0.25:1，HCl用量为0.15mL，焙烧温度为500℃，焙烧时间为2h，在此工艺条件下制得的TiO_2/ZnO复合光催化剂具有较高的催化性能。
汪滨[4]2015年在《TiO_2/硅藻土复合材料的金属掺杂与光催化性能研究》文中指出随着人类社会经济的发展,人们对生态环境保护和自身身体健康的关注度越来越高。目前,环境污染问题,尤其是大气和水体的污染,直接关系到人类的生存和经济社会的可持续发展。纳米TiO2光催化氧化技术已经被证实是一种能够利用光能对难降解有机污染物进行完全矿化分解的低能耗、高效率的处理技术,是最具应用前景的光催化氧化技术。纳米TiO2光催化氧化技术虽然已经在环保领域得到了一定程度上的应用,但是在实际使用过程中仍然存在分散性差、难以回收再利用、可见光利用率低等问题。硅藻土作为一种天然多孔矿物,在食品及药品过滤、空气及水体净化、保温隔音建材和工业催化剂载体等领域有着广泛应用。并且由于其具有丰富的孔结构,因此对环境污染物具有良好的吸附作用。但是在实际使用中存在脱附以及造成二次污染等问题。如果将纳米TiO2成功地负载于硅藻土表面,制备出纳米TiO2/硅藻土复合材料,用来治理空气及水体污染,既可克服纳米TiO2分散性差、难以回收再利用、硅藻土本身无法分解污染物的不足,又可综合二者的优势。本文以有机钛(即钛酸四丁酯)为钛源,采用溶胶-凝胶技术和控温煅烧晶化方法制备了纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料,并在制备过程中选取稀土金属元素铈、镧及过渡金属元素钒对纳米TiO2/硅藻土复合材料进行掺杂改性,以提高纳米TiO2/硅藻土复合材料的可见光光催化活性,同时,深入研究纳米TiO2/硅藻土复合材料制备工艺、材料结构与光催化性能叁者之间的关系,论文的主要工作及取得的主要成果如下:(1)纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料的制备与性能以吉林长白山硅藻土矿选矿硅藻精土为载体,以有机钛(即钛酸四丁酯)为钛源,采用溶胶-凝胶技术和控温煅烧晶化方法制备了纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料,得出了以硅藻精土为载体制备纳米TiO2/硅藻土光催化复合材料的优化工艺条件:矿浆浓度为50 g/L(无水乙醇用量为20 mL),v(H2O)/v(HAc)=6(乙酸用量为1.0 m L,去离子水用量为6.0 mL),钛酸四丁酯用量为1.5 m L,热处理条件为750℃保温2 h,升温速率为2.5℃/min。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)等检测手段对制备的纳米TiO2/硅藻土复合材料的结构和性质进行了表征,并结合罗丹明B光催化降解实验结果,对溶剂配比、钛酸四丁酯用量、煅烧温度等关键工艺参数与复合材料光催化性能的关系进行了分析讨论。结果表明:在本研究所设置的工艺参数范围内,随溶剂配比、钛酸四丁酯用量、煅烧温度等的增大,复合材料的光催化性能先升高后下降,均存在一个较优的参数值。采用xrd、sem、tem等现代测试技术对相同制备条件下制得的纯tio2颗粒进行了表征,结果表明,优化工艺条件下制备的纳米tio2/硅藻土复合材料中tio2的晶型为锐钛-金红石混晶型,锐钛矿相约占90%,纳米tio2的晶粒度在15~30nm范围内,平均晶粒尺寸为19.1nm,紫外光照1h,对罗丹明b的降解率为92.6%;与市售degussap25材料的光催化降解效果持平。证实硅藻土作为纳米tio2光催化组分的载体,两者之间形成si—o—ti对硅藻颗粒表面负载的tio2晶型转变及晶粒生长都具有迟滞作用;复合材料中tio2的晶粒尺寸、晶型结构及组成、以及纳米tio2颗粒在硅藻表面负载的均匀程度决定其光催化性能。这一研究结果对纳米tio2/硅藻土复合材料制备技术的产业化开发及复合材料应用具有重要的理论应用价值。(2)纳米tio2/硅藻土复合材料的稀土金属元素掺杂改性与掺杂机理研究在纳米tio2/硅藻土复合材料的优化制备条件基础上,分别制备了稀土金属元素ce、la掺杂纳米tio2/硅藻土复合光催化材料,并对掺杂量与复合材料光催化性能间的关系以及掺杂机理进行了深入研究。采用xrd、tem、xps、uv-vis及荧光光谱仪等表征分析技术对复合材料中tio2晶相及晶粒大小、掺杂元素的赋存形式及复合材料光学性质进行了表征。结果表明:ce4+/ce3+虽不能进入tio2晶格,但是能够在tio2晶粒表面以氧化物形式存在,并与tio2间以ce—o—ti键结合。掺杂后,新的间带ce4f能级缩小了tio2价带电子的跃迁距离,有效减小了禁带宽度,使复合材料具有了可见光光催化活性。当掺杂量为1.5mol%时,样品的禁带宽度最小,为2.75ev。而同时ce4+离子是比表面吸附氧更有效的光生电子捕获剂,提高了光生电子-空穴的分离效率。模拟太阳光照射5h,样品1.5%-ce/td对罗丹明b的降解率最高,为72.03%。与ce掺杂相比,掺杂元素la同样不能进入tio2晶格发生取代。表征结果表明la在tio2晶粒表面形成la—o—ti键及la2o3氧化物,导致复合材料中tio2晶粒变小、晶型转变反应受到一定程度的迟滞,同时表面氧空穴浓度变高。但是,la掺杂后导致复合材料的吸收带边蓝移,以及光生电子复合加剧,证明la掺杂不适宜纳米tio2/硅藻土复合材料。(3)纳米tio2/硅藻土复合材料的过渡金属元素掺杂改性与掺杂机理研究在纳米tio2/硅藻土复合材料的优化制备条件基础上,制备了过渡金属元素钒掺杂纳米tio2/硅藻土复合光催化材料,并对掺杂量与复合材料光催化性能间的关系以及掺杂机理进行了表征。采用xrd、tem、xps、uv-vis及荧光光谱仪等表征分析技术对复合材料中tio2晶相及晶粒大小、v元素的赋存形式及复合材料光学性质进行了系统研究。结果表明:当掺杂浓度为1.0mol%时,部分V4+离子进入TiO2晶格内,导致晶格畸变,抑制TiO2晶粒的生长,同时另一部分V5+离子未能进入TiO2晶格,而是以V2O5的形式附着于TiO2晶粒表面。V4+取代后,在TiO2导带底形成了V3d杂质能级,有效减小了复合材料的禁带宽度,当掺杂量为0.5 mol%时,样品的禁带宽度最小,为2.95 eV。而同时光生电子可以迁移到V5+离子处,提高了光生电子-空穴的分离效率。模拟太阳光照射5 h,样品1.0%-V/TD对罗丹明B的降解率最高,为93.09%。
汪成建[5]2003年在《TiO_2晶型控制及复合光催化剂性能研究》文中提出本文以工业级硫酸氧钛为原料，分别用分步沉淀法和包覆法制备了不同SnO2掺杂量的Ti－Sn系复合粉体；并在不同的条件下对粉体进行热处理，通过XRD、TEM和BET分别考察了粉体的晶型、形貌和比表面积，并通过比表面积数据计算了粒子的当量直径。文章主要研究了影响TiO2粉体由锐钛矿相向金红石相转变的因素；重点讨论了SnO2掺杂和煅烧制度对晶型转变的影响。实验结果表明：SnO2的掺杂显着降低了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变温度；并且SnO2的掺杂量对TiO2的A/R比例有很大影响。实验用甲基橙溶液模拟实际污水，用Ti－Sn系复合粉体作为光催化剂，利用无机粘结剂磷酸铝将其粘结在玻璃板上，进行光催化降解实验。研究了金红石相含量和SnO2掺杂量对复合粉体光催化性能的影响。结果表明：经600℃30min处理的分步沉淀法制备的复合粉体，SnO2掺杂量为16％（R相含量22.75％）时，脱色率最高，粉体具有最好的光催化性能，4h甲基橙脱色率为88.4％。本文还分别以TiOSO4和Ti（OBu）4为前驱体制备了溶胶，并以玻璃纤维布和玻璃板为载体，制备了负载型TiO2薄膜用作光催化剂。结果表明，溶胶凝胶法制备的薄膜较之负载型复合粉体有较高的光催化活性，且玻璃板上负载的钛酸丁酯为前驱体薄膜性能更佳，4h甲基橙脱色率达到92.1％。
刘佳[6]2018年在《离心纺丝法制备TiO_2复合纳米纤维及其光催化性能研究》文中研究表明本文采用离心纺丝法结合后续热处理工艺研究制备TiO_2纤维,通过获得纤维状的TiO_2,在提高其回收利用的同时尽量减少比表面积下降带来的光催化效率的降低。首先通过改变溶液搅拌时间、原料配比、离心纺丝工艺参数如转速等条件获得具有不同直径和形貌的TiO_2纤维,优化制备工艺。在此基础上,通过加入硅烷偶联剂、氮化碳(C_3N_4)以及氧化石墨烯(GO)对纤维进行改性,获得具有更高光催化性能的TiO_2复合纤维。采用扫描电子显微、X射线衍射、红外光谱、漫反射光谱和荧光光谱等手段表征了TiO_2复合纤维表面形貌、物相组成、分子结构等结构特征。通过复合纤维对罗丹明B的降解实验研究其光催化性能。研究结果表明,本研究成功制备出了N-Si掺杂的TiO_2纤维、石墨相氮化碳g-C_3N_4-TiO_2复合纤维以及还原氧化石墨烯RGO-TiO_2复合纤维,纤维的直径随溶液浓度的增加而减少,随纺丝转速的增大而存在一定程度的减小,TiO_2复合纤维表现出良好的光催化性能。通过纤维的漫反射光谱以及荧光光谱表明,加入添加剂后的复合纤维的光响应范围及强度均得到增强,光生电子空穴的复合率下降,从理论上证明了改性剂的加入对光催化性能具有一定提高作用。通过罗丹明B的降解实验,证明掺杂后的纤维在紫外光和可见光下的光催化性能都得到了提高,并且在紫外光下硅烷偶联剂加入量为2.5 wt%光催化性能最佳,而在可见光条件下,当硅烷偶联剂加入量为3.75 wt%时复合纤维的光催化性能最佳。当以C_3N_4为添加剂时,TiO_2复合纤维在紫外光和可见光下的光催化性能最佳值分别出现在C_3N_4加入量分别为3.75wt%和5wt%样品上。对于GO改性的TiO_2复合纤维而言,其在紫外光和可见光条件下,最佳光催化性能出现在GO加入量分别为5 wt%和2.5 wt%的纤维样品上。
付鸾鸽[7]2014年在《硫掺杂二氧化钛基可见光催化剂的合成与光催化性能》文中认为光催化氧化技术凭借自身独特优势成为一种新型水处理技术。随着光催化氧化技术的广泛应用，制备高效的光催化剂成为目前热门的研究课题。TiO2由于无毒、活性高、价廉、持续性长、热稳定性好等特点一直是众多光催化剂中被广泛使用和研究的热点。然而利用TiO2光催化剂处理废水同时也存在一些问题，例如带隙较宽，仅能吸收太阳光谱中紫外光的部分，不能充分地利用太阳能。因此，通常需要对TiO2进行改性。半导体复合和非金属离子掺杂都是有效的改性手段。本文采用溶胶-凝胶法制备出了ZnO/TiO2复合光催化剂，并利用X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射（DRS）技术对催化剂样品进行了表征。通过在紫外光和模拟太阳光下降解活性艳红X-3B染料废水，考察了不同制备条件（ZnO复合比、煅烧温度、煅烧时间）对催化剂光催化性能的影响。结果显示制备的TiO2晶型为锐钛矿型，煅烧温度对晶体类型有影响；ZnO/TiO2复合光催化剂的光吸收范围较纯TiO2发生红移。ZnO/TiO2复合光催化剂最佳制备条件：ZnO复合摩尔比（Zn:Ti）为4%、煅烧温度为500℃、煅烧时间为2h。在最佳条件下，紫外光和模拟太阳光下ZnO/TiO2复合光催化剂对20mg/L的活性艳红X-3B溶液的降解率分别达到99.6%和79.9%。在ZnO/TiO2复合光催化剂成功制备的基础上，对复合光催化剂进行非金属S掺杂，采用溶胶-凝胶法制备了S/ZnO/TiO2光催化剂。利用X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射（DRS）、能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）和荧光光谱（PL）技术对催化剂样品进行了表征，分析S的引入对其结构与性能的影响。在模拟太阳光下，利用S/ZnO/TiO2光催化剂降解X-3B溶液实验，探讨不同制备条件（S掺杂比、煅烧温度、煅烧时间）对催化剂性能的影响。结果显示制备的样品中TiO2晶型为锐钛矿型，S的加入引起晶体局部畸变；S/ZnO/TiO2光催化剂与ZnO/TiO2光催化剂相比呈现进一步红移现象；光催化剂中S以S4+和S6+存在。S/ZnO/TiO2光催化剂的最佳制备条件为：S掺杂摩尔比（S:Ti）为16%、煅烧温度为500℃、煅烧时间为2h，且催化剂的最佳投加量为1g/L。在最佳条件下制备的S/ZnO/TiO2光催化剂对40mg/L的活性艳红X-3B溶液的降解率达到74.6%。稳定性实验结果表明制备的光催化剂经叁次回收利用后光催化活性并无显着降低，降解率都在50%以上，故可重复多次使用。通过改变Zn源，比较不同原料制备出的光催化剂样品的光催化性能，结果表明利用硝酸锌制备的S/ZnO/TiO2光催化剂比利用醋酸锌制备的S/ZnO/TiO2光催化剂具有更加优良的光催化性能。
贾艳蓉[8]2017年在《SnO_2/TiO_2与GO掺杂的复合材料制备及光催化性能的研究》文中进行了进一步梳理近年来水体污染越来越严重,TiO_2、SnO_2及氧化石墨烯掺杂材料的制备及性能研究受到科研人员的广泛关注。本文采用主要通过两种方法制备复合材料,即一步溶胶凝胶法制备的SnO_2-TiO_2复合半导体光催化剂和分步法制备SnO_2/TiO_2复合半导体光催化剂。通过XRD、SEM、FTIR、UV-Vis吸收光谱等表征手段对样品的结构和性质进行表征,以罗丹明B为模拟污染源,筛选出光催化性能较好的催化剂。最后利用氧化石墨烯对SnO_2/TiO_2复合半导体光催化进行进一步掺杂改性,制备了SnO_2/TiO_2/GO复合材料的光催化剂,并对其进行表征。具体内容如下:(1)采用正交实验,以钛酸丁酯和四氯化锡为前驱体,冰醋酸为螯合剂,无水乙醇为分散剂,利用溶胶凝胶法,通过水解缩聚反应制备纳米SnO_2-TiO_2复合半导体光催化剂。最佳工艺条件:n(SnO_2):n(TiO_2)=1:8、乙醇与水的体积比为1:2以及煅烧温度为400℃。表征结果表明:SnO_2-TiO_2复合半导体光催化剂经煅烧后的晶型主要是锐钛矿,呈现球形,粒径约为12.6nm,对可见光有响应能力。光催化结果表明:在紫外灯下50min时解罗丹明B的效率达到98.35%,其降解效率明显优于纯TiO_2。(2)以SnCl_4·5H_2O为锡源,聚乙二醇(PEG)为表面包覆剂,以尿素为沉淀剂,通过均匀沉淀法制备纳米SnO_2粉末。在通过溶胶-凝胶法制备Ti(OH)4的过程中与SnO_2进行混合制的SnO_2/TiO_2复合半导体光催化剂。表征结果表明:当SnO_2与TiO_2的摩尔比为1:4,煅烧温度为400℃时,晶型主要是锐钛矿TiO_2,还有少量金红石型TiO_2,粒径约为14.8nm,对可见光有较强的响应能力。光催化结果表明:在紫外灯下35min时解罗丹明B的降解率即可达到98.2%,其降解效率优于一步溶胶-凝胶法制备的SnO_2-TiO_2复合半导体光催化剂。在太阳光下,105min时的罗丹明B降解率达到90.6%。(3)对于优化出活性相对较好的SnO_2/TiO_2复合半导体光催化剂,通过超声复合法分别以0.5%、1%、2%、5%的氧化石墨烯对其进行掺杂改性,制备出了SnO_2/TiO_2/GO复合材料的光催化剂。表征结果表明:G5光催化剂晶型良好,对可见光的响应能力强。光催化结果表明:在紫外灯下35min时解罗丹明B的效率达到99.2%,其降解效率较优于SnO_2/TiO_2复合半导体光催化剂。在太阳光下105min时的降解率达到93.1%。(4)考察所制备的SnO_2-TiO_2、SnO_2/TiO_2和SnO_2/TiO_2/GO光催化剂在紫外灯下降解罗丹明B的反应动力学过程,结果表明光催化反应过程符合一级反应动力学规律。
刘晓宇[9]2016年在《TiO_2/BiOCl复合催化剂的制备及其光催化降解性能的研究》文中研究指明本文分别采用溶胶-凝胶法、水解法、共沉淀法制备出纳米TiO_2颗粒、BiOCl纳米片、TiO_2/BiOCl复合催化剂叁种催化剂,利用XRD、XPS、BET、SEM、TEM、EDS、EDX、UV-Vis等多种手段催化剂的晶型结构、晶粒形貌、元素成分以及禁带宽度进行了表征。详细地研究了煅烧温度、加水量、溶液pH值对TiO_2催化剂的粒径、晶型、结晶度以及光催化活性的影响;十二烷基的苯磺酸钠(SDBS)分散剂、盐酸浓度、煅烧温度等制备条件对BiOCl催化剂的粒径、晶型、吸附性以及光催化活性的影响;以及对TiO_2/BiOCl复合催化剂的晶型结构、晶粒形貌、元素成分进行了分析。首次系统全面的研究了纳米TiO_2颗粒、BiOCl纳米片、TiO_2/BiOCl复合催化剂叁种催化剂的结构、形貌、吸附性能以及光催化活性的变化规律,在纳米TiO_2颗粒、BiOCl纳米片两种催化剂性能基础上,制备出具有高吸附性能和催化活性的TiO_2/BiOCl复合催化剂,详细的阐述了叁种催化剂之间的联系。制备的纳米TiO_2粒子的形状呈圆形,分散均匀,400℃煅烧下纳米TiO_2粒子的大小为12nm左右,比表面积在99.94m2/g。随着焙烧温度的升高,TiO_2的晶型由锐钛矿型转变为锐钛矿和金红石混合晶型,晶粒逐渐增大,晶体发育趋于完整。根据切线与横坐标的交点可以估算催化剂的禁带宽度分别为3.17 eV(锐钛矿)和2.94 eV(金红石)。在C0=10mg/L、pH=4、TiO_2-50-600的投加量为1.0g/L、光照60 min条件下,具有最好的光催化性能,亚甲基蓝溶液的脱色率可达98.0%。制备的BiOCl催化剂由均匀分布的2D BiOCl纳米片所组成,BiOCl纳米片的厚度在5-10nm,呈花瓣结构。分别研究了分散剂、盐酸浓度、煅烧温度对BiOCl催化剂光催化性能的影响。添加分散剂SDBS后,改变了固体和液体界面之间的性质,BiOCl催化剂颗粒均匀分散,并具有不同的接口,使催化剂的吸附和光催化性能得到提高。随着盐酸浓度的增加,BiOCl催化剂的吸附性能呈现先降低后增高的趋势。在C(HCl)=1.0 mol/L时BiOCl催化剂具有良好的吸附和降解性能。随着煅烧温度的升高,亚甲基蓝的吸附率呈现下降趋势,实验结果显示在80℃时BiOCl催化剂的吸附性能最好。制备的TiO_2/BiOCl复合催化剂由均匀分布的2D BiOCl纳米片和TiO_2颗粒所组成,TiO_2颗粒附着在BiOCl纳米片表面,TiO_2颗粒和BiOCl纳米片分散均匀,呈花瓣结构。BiOCl纳米片的厚度在5-10nm,TiO_2颗粒的大小为7-10nm。对TiO_2/BiOCl复合催化剂进行降解实验测试,相比于纯TiO_2,TiO_2/BiOCl复合材料的光催化降解亚甲基蓝的效率得到了提高,降解率最高的在150 min内可以达到接近100%,是纯TiO_2的2倍左右。分析了TiO_2/BiOCl复合催化剂的光催化活性机理,TiO_2和BiOCl形成了异质结构能够有效的提高亚甲基蓝染料的降解效率。这种结构有利于电子-空穴对的分离,抑制它们的复合,对光催化性能有很大的提高。
徐斌斌[10]2016年在《Sn、Ag和Cu掺杂改性TiO_2/WO_3/CNTs复合催化剂的制备及其光催化性能研究》文中研究表明由于纯TiO_2具有较大的禁带宽度,容易产生团聚,光生电子和空穴也容易复合而使光量子产率减少限制了TiO_2光催化材料的应用。本采用Sn、Ag和Cu离子掺杂、WO_3和CNTs双负载的方法对TiO_2进行改性制备了粒径小、比表面积大、禁带宽度窄的复合催化剂,提高TiO_2的光催化效率。利用XRD、UV-vis DRS、BET、SEM和TEM等测试方法对其进行测试和表征,并探索了其光催化降解罗丹明B的性能。1.合成的Sn掺杂Sn-TiO_2和Sn-TiO_2/WO_3/CNTs系列催化剂均为锐钛矿型,一定Sn掺杂量与少量WO_3、CNTs的摄入会限制TiO_2晶粒的生长。同时,Sn掺杂能使TiO_2禁带宽度变窄而光响应得范围拓宽,Sn掺杂量为2%时禁带宽度达最小;孔径主要分布在5-15 nm之间,介孔大小分布比较均匀,尺寸和形貌上分布较均一规整,无明显团聚。光催化性能测试结果表明,Sn掺杂的复合催化剂Sn-TiO_2/WO_3,Sn-TiO_2/CNTs,Sn-TiO_2/WO_3/CNTs的降解率分别为62.3%、85.2%、98.2%;循环稳定性实验结果表明,Sn-TiO_2/WO_3/CNTs循环四次降解罗丹明B的降解率都在80%之上。2.Ag掺杂的Ag-TiO_2/WO_3/CNTs系列复合催化剂的晶粒尺寸小于TiO_2,Ag的掺杂量为5%时,Ag-TiO_2/WO_3/CNTs粒径最小为6.9nm,比表面积达最大值117.08m2?g-1,光催化效率最好为97.9%,降解速率系数为0.06325min-1。CNTs和WO_3会作为中间媒介形成的TiO_2簇,会使TiO_2复合材料的团聚。光催化性能测试结果表明,Ag-TiO_2、Ag-TiO_2/WO_3、Ag-TiO_2/CNTs、Ag-TiO_2WO_3/CNTs/在60min内降解罗丹明B的降解率分别为53.4%、70.8%,90.4%和97.9%;掺杂量为5%时得到的Ag-TiO_2/WO_3/CNTs四次使用降解率分别为97.9%、93.0%、88.0%和83.0%。3.当Cu掺杂量为1%时,Cu-TiO_2/WO_3/CNTs复合催化剂的颗粒尺寸达最小为8.9nm,比表面积达到最大值为122.1m2?g-1,光催化效率最佳为95.2%,降解速率系数最大值为0.05614min-1。光催化性能测试结果表明,Cu-TiO_2、Cu-TiO_2/WO_3、Cu-TiO_2/CNTs、Cu-TiO_2/WO_3/CNTs复合催化剂在60min内降解率罗丹明B染料溶液的降解率分别达58.0%、72.3%、89.0%、95.2%;掺杂量为1%的1Cu-TiO_2/WO_3/CNTs复合催化剂四次使用降解罗丹明B的降解率分别为95.2%、90.1%、85.4%、81.0%。
参考文献：
[1]. TiO_2基复合材料制备及光催化降解异丙醇性能研究[D]. 王洪梅. 天津大学. 2016
[2]. 炭质光催化复合材料制备及液相有机物去除性能的研究[D]. 因博. 华东理工大学. 2013
[3]. TiO_2光催化剂及TiO_2/ZnO复合光催化剂的制备和性能研究[D]. 赵秀丽. 燕山大学. 2012
[4]. TiO_2/硅藻土复合材料的金属掺杂与光催化性能研究[D]. 汪滨. 中国矿业大学(北京). 2015
[5]. TiO_2晶型控制及复合光催化剂性能研究[D]. 汪成建. 天津大学. 2003
[6]. 离心纺丝法制备TiO_2复合纳米纤维及其光催化性能研究[D]. 刘佳. 中国地质大学(北京). 2018
[7]. 硫掺杂二氧化钛基可见光催化剂的合成与光催化性能[D]. 付鸾鸽. 大连工业大学. 2014
[8]. SnO_2/TiO_2与GO掺杂的复合材料制备及光催化性能的研究[D]. 贾艳蓉. 中北大学. 2017
[9]. TiO_2/BiOCl复合催化剂的制备及其光催化降解性能的研究[D]. 刘晓宇. 华北水利水电大学. 2016
[10]. Sn、Ag和Cu掺杂改性TiO_2/WO_3/CNTs复合催化剂的制备及其光催化性能研究[D]. 徐斌斌. 浙江农林大学. 2016
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