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纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备、表征及性能研究

作　者: 张兴威
导　师: 丁士文
学　校: 河北大学
专　业: 应用化学
关键词: 纳米TiO2 硅藻土复合材料光催化
分类号: O614.411
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

纳米TiO2在光催化降解有机物方面具有活性高、化学性质稳定、耐化学和光化学腐蚀以及无毒等特性,因而在污水处理及空气净化等方面有着重大的潜在应用价值。然而,TiO2的禁带宽度约3.2eV,只能吸收波长小于388nm的紫外光,因此对太阳光的利用率较低。通过对纳米TiO2的改性,如金属和非金属掺杂、染料光敏化等方法可以有效的拓宽其光谱响应范围,并抑制光生电子和空穴的复合,提高光催化效率。另外纳米TiO2存在粒子小,易团聚,难回收等缺点,将纳米TiO2固载于载体之上,既可解决上述缺点,又降低了其成本,有利于工业化生产及实际应用。为此,本文采用常压液相两步水解法制备了混晶纳米TiO2,功能类似于金属氧化物的掺杂耦合,拓宽了其光谱响应范围,提高了其光催化效果,并用乳液浸渍法和直接沉积法制备了纳米TiO2-硅藻土复合材料,由于硅藻土的多孔结构,既解决了由于一般固载后表面积的减少而使表面效应降低的不利影响,又有利于对其回收重复利用。结构表征证明,所制备的纳米TiO2为锐钛矿与金红石的混合晶型,晶型比例为A：R=2.7：1,粒径为12nm,固载后,纳米TiO2均匀分散于硅藻土表面及孔道周围,硅藻土对TiO2起到分散作用,阻止了颗粒的长大,并由于其自身的多孔结构补偿了TiO2固载后由于表面积的减少而对污染物吸附的减少。EDS表明,乳液浸渍法制备的复合材料并不能使TiO2充分地固载于硅藻土上,并且TiO2主要固载于硅藻土表面形成包覆结构,因此其光催化性能低于用直接沉积法制备的复合材料。IR光谱证明直接沉积法制备的复合材料有部分TiO2与硅藻土之间形成了Ti-O-Si化学键,增强了复合材料的牢固性,并且有利于光生电子-空穴的分离,提高了其光催化性能。以太阳光为光源,研究了纳米TiO2-硅藻土复合材料光催化降解酸性大红3R的性能,系统比较了制备过程中水量、固载量、溶液的pH值、染料浓度及重复利用等对其吸附及光催化性能的影响,提出纳米TiO2对酸性大红3R的降解发生在催化剂的表面,并通过先吸附后降解的两步反应过程,提出其光催化反应动力学过程为零级反应。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 纳米TiO_2的研究现状  10-19
    1.1.1 纳米TiO_2的制备方法  10-13
    1.1.2 纳米TiO_2在光催化领域的应用研究  13-16
    1.1.3 纳米TiO_2光催化材料的改性和发展方向  16-19
  1.2 纳米TiO_2-硅藻土复合材料的研究进展  19-20
  1.3 本文的研究内容、目的及意义  20-21
第2章乳液浸渍法纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备、表征及性能研究  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 实验部分  21-24
    2.2.1 实验仪器及药品  21-23
    2.2.2 纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备  23
    2.2.3 吸附及光催化试验  23
    2.2.4 样品表征  23-24
  2.3 结果与讨论  24-29
    2.3.1 复合材料的SEM形貌分析  24
    2.3.2 复合材料的EDS元素分析  24-25
    2.3.3 复合材料的XRD晶型分析  25-26
    2.3.4 光催化降解酸性大红3R试验  26-29
第3章直接沉积法纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备、表征及性能研究  29-45
  3.1 引言  29-31
  3.2 实验部分  31-33
    3.2.1 实验仪器及药品  31
    3.2.2 纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备  31-32
    3.2.3 样品表征  32
    3.2.4 复合材料的性能实验  32-33
  3.3 结果与讨论  33-45
    3.3.1 复合材料的SEM及TEM形貌分析  33-35
    3.3.2 复合材料的EDS元素分析  35
    3.3.3 复合材料的XRD晶型分析  35-36
    3.3.4 复合材料的IR分析  36-38
    3.3.5 复合材料的DSC分析  38-39
    3.3.6 复合材料的吸附性能实验  39-40
    3.3.7 复合材料光催化降解酸性大红3R的实验  40-43
    3.3.8 复合材料的光催化氧化动力学研究  43-45
第4章结论  45-46
参考文献  46-50
致谢  50-51
攻读硕士期间取得的科研成果  51

纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备、表征及性能研究

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