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静电纺丝法制备TiO2及其光催化行为的研究

作 者: 陈影声
导 师: 陈日耀;陈震
学 校: 福建师范大学
专 业: 环境工程
关键词: TiO2 静电纺丝 纳米纤维 掺杂 固载 光催化 降解
分类号: O614.411
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


水是人类赖以生存的物质之一。现在全球范围内水资源短缺,这不仅威胁着人类的生存,而且制约了经济的发展。污水处理的研究越来越受到重视,研究出了很多新的技术,光催化技术即是其中之一。光催化氧化技术因具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、适用范围广及可减少二次污染等突出特点,在有机废水处理中备受关注。纳米Ti02具有比表面积大、无毒、成本低和使用寿命长等优点,在光催化降解领域应用前景广阔。但纳米Ti02呈强极性,粒子表面能高,在水及有机介质中易团聚,使纳米Ti02有效作用面积下降,在实际应用中受到很大的限制。同时有机污染物在纳米Ti02表层覆盖率低,纳米Ti02禁带宽度为3.2 eV,其光催化特性只限于紫外波段,光响应范围窄,难以有效利用太阳光,影响纳米Tio2对有机污染物的吸附和光降解性能。解决上述问题的主要途径是对Ti02催化剂进行改性。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸丁酯、乙酸锌为前驱体,利用静电纺丝法,以旋转的叶轮为收集装置,利用程序升温法,在550℃下空气氛围中烧结6 h,制备Zn2+掺杂的Ti02纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征,并研究了该复合催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝的催化降解性能。结果表明,在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入Zn2+掺杂的Ti02纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率高于70%。以PVP/Ti(OC4H9)4溶胶为壳层,以PVP/Ni(CH3COO)2·4H2O溶胶为核层,采用同轴静电纺丝法,以碳棒为接收装置,制备了核壳结构Ti(OC4H9)4/Ni(CH3COO)2·4H2OPVP纤维;用程序升温法,在550℃下空气氛围中烧结6 h,制备了NiO-TiO2同轴纳米纤维。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、红外吸收光谱、热重(TG)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征,并研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液的催化降解性能。结果表明在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入NiO-TiO2同轴纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率接近85%,而且该复合催化剂可以循环使用。采用聚乙烯吡咯烷酮溶胶通过静电纺丝法制备出PVP纳米纤维。在纺丝的过程中以碳棒为收集装置,把PVP纳米纤维直接固载在碳棒上,在250℃预氧化,850℃炭化,得到碳纳米纤维。将碳纤维渍取钛酸丁酯,200℃下热处理后在550℃下在空气中焙烧,制得负载型纳米二氧化钛。利用扫描电子显微镜、红外吸收光谱、X射线衍射等测试手段对纳米纤维进行了表征。并把负载型Ti02分散在亚甲基蓝溶液中,分析Ti02固载纳米碳纤维的光催化活性。结果表明,在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入1.0 mg TiO2固载碳纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率接近75%。Ti02固载碳纳米纤维在使用过程中回收效果良好。

全文目录


中文摘要  2-4Abstract  4-6中文文摘  6-9目录  9-12绪论  12-30  0.1 问题的提出  12-13  0.2 光催化技术  13-16    0.2.1 纳米TiO_2的晶型和结构研究  13-14    0.2.2 TiO_2的光催化反应原理  14-16  0.3 TiO_2在污染控制领域的应用  16-17    0.3.1 净化空气  16-17    0.3.2 水中污染物的降解  17    0.3.3 抗菌保洁  17    0.3.4 无机污染物的处理  17  0.4 TiO_2光催化剂存在的问题  17-18  0.5 TiO_2光催化剂的改性  18-21    0.5.1 贵金属沉积  18    0.5.2 半导体复合  18-19    0.5.3 表面光敏化  19-20    0.5.4 减小催化剂颗粒尺寸  20-21    0.5.5 金属离子和非金属元素掺杂  21  0.6 光催化剂的负载  21-22  0.7 纳米材料简介  22  0.8 纳米材料的基本效应  22-23    0.8.1 小尺寸效应  22    0.8.2 表面效应  22-23    0.8.3 宏观量子隧道效应  23    0.8.4 量子尺寸效应  23    0.8.5 介电限域效应  23  0.9 静电纺丝技术  23-27    0.9.1 静电纺丝简介  23-24    0.9.2 静电纺丝装置  24-25    0.9.3 静电纺丝原理  25-26    0.9.4 静电纺丝的影响因素  26    0.9.5 静电纺丝的应用  26-27  0.10 亚甲基蓝染料概述  27-28  0.11 本论文的研究目的和意义  28-30第一章 Zn~(2+)掺杂TiO_2纳米纤维的制备及其光催化行为研究  30-40  1.1 前言  30-31  1.2 实验部分  31-33    1.2.1 主要试剂和仪器  31    1.2.2 复合纳米纤维的制备  31-32    1.2.3 样品的表征  32    1.2.4 光催化性能测试  32-33  1.3 结果与讨论  33-38    1.3.1 TiO_2复合纳米纤维的形貌表征  33-34    1.3.2 TiO_2复合纳米纤维的热重分析  34    1.3.3 TiO_2复合纳米纤维的红外光谱分析  34-35    1.3.4 TiO_2复合纳米纤维的XRD衍射图谱分析  35-36    1.3.5 光催化机理和性能测试  36-38  1.4 结论  38-40第二章 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的制备及光催化行为研究  40-50  2.1 前言  40-41  2.2 实验  41-42    2.2.1 化学试剂和仪器  41    2.2.2 纳米纤维的制备  41-42  2.3 表征  42-43  2.4 光催化性能测试  43  2.5 结果与讨论  43-49    2.5.1 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的形貌表征  43-44    2.5.2 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的热重分析  44    2.5.3 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的红外光谱分析  44-45    2.5.4 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的XRD衍射图谱分析  45-46    2.5.5 光催化性能和降解机制  46-48    2.5.6 NiO-TiO_2同轴纳米纤维光催化剂的回收利用  48-49  2.6 结论  49-50第三章 纳米碳纤维固载TiO_2的研究  50-58  3.1 引言  50-51  3.2 实验部分  51-53    3.2.1 化学试剂和仪器  51    3.2.2 静电纺丝设备  51-52    3.2.3 纳米碳纤维的制备  52    3.2.4 负载型二氧化钛的制备  52    3.2.5 光催化性能测试  52-53  3.3 结果与讨论  53-56    3.3.1 SEM形貌观察  53-54    3.3.2 纤维的红外吸收光谱分析  54    3.3.3 碳纤维的XRD分析  54-55    3.3.4 固载型TiO_2的光催化机理和性能测试  55    3.3.5 TiO_2固载碳纳米纤维光催化剂的回收利用  55-56  3.4 结论  56-58第四章 结论  58-60参考文献  60-70攻读学位期间承担的科研任务与主要成果  70-72致谢  72-74个人简历  74-76

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族金属元素及其化合物 > 钛副族(ⅣB族金属元素) > 钛Ti
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