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可见光下B-N-Er及F-N-Er共掺杂TiO₂纳米晶降解对硝基苯酚的研究

作　者: 李静
导　师: 尚庆坤
学　校: 东北师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 光催化介孔材料多元素掺杂可见光上转换
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
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内容摘要

二氧化钛是一性能优异的光催化剂,由于其具有易制备、价廉、化学性质稳定、环境友好、催化效率高等优点,因此具有广泛的应用前景。但是由于二氧化钛的禁带宽度Eg =3 .2 eV,只能吸收紫外光,极大地限制了二氧化钛光催化的应用。本文以纳米二氧化钛为基质,通过掺杂稀土离子及B、N、F等非金属元素,利用稀土离子上转换发光的特性,将可见光转化为紫外光,同时利用非金属元素掺杂对TiO₂吸收性能的影响,实现了二氧化钛在可见光下降解有机物的目的。具体工作有以下几个方面:1、通过溶胶-凝胶法合成了两种介孔二氧化钛纳米晶:B（2%）-N（43%）-Er³⁺（10%）- TiO₂和F（2.5%）-N（43%）-Er³⁺（10%）- TiO₂。2、利用XRD、UV-Vis、BET、SEM、及上转换发光光谱等手段对所合成的催化剂进行了系统的表征,并对表征结果进行了详细的分析。3、系统地研究了B（2%）-N（43%）-Er³⁺（10%）- TiO₂和F（2.5%）-N（43%）-Er³⁺（10%）- TiO₂两种催化剂在可见光下对对硝基苯酚的降解效果,探讨了不同煅烧温度（600°С,700°С,800°С,900°С）、非金属元素的掺杂量、催化剂用量、对硝基苯酚溶液的初始浓度及不同pH值条件下对硝基苯酚的光催化降解情况,并且分析了介孔的形成机理、上转换发光机理、二氧化钛表面能量吸收传递等过程对光催化降解的影响。4、对比了B（2%）-N（43%）-Er³⁺（10%）-TiO₂和F（2.5%）-N（43%）-Er³⁺（10%）-TiO₂两种催化剂的光催化降解效果。总之,合成的上述两种催化剂均在可见光下实现了对对硝基苯酚的光催化降解,最佳降解效率可分别达到87.6%和96.87%,其光催化降解的效果远远优于未掺杂的TiO₂,此项研究对于进一步拓展二氧化钛利用可见光降解有机污染物具有重要的意义。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 TiO_2研究发展概况  8
  1.2 TiO_2的光催化机理  8-9
  1.3 提高纳米TiO_2光催化活性的方法  9-13
    1.3.1 贵金属沉积  10
    1.3.2 过渡金属离子掺杂  10
    1.3.3 半导体复合  10-11
    1.3.4 非金属掺杂改性  11
    1.3.5 稀土离子掺杂  11-12
    1.3.6 共掺杂  12
    1.3.7 TiO_2的介孔结构  12-13
  1.4 稀土离子上转换发光  13-15
    1.4.1 上转换发光材料的发展概况  13
    1.4.2 稀土元素上转换发光机理  13-15
  1.5 本论文研究意义和主要研究内容  15-16
第二章可见光下B-N-Er-TiO_2纳米晶降解对硝基苯酚的研究  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 实验部分  16-17
    2.2.1 仪器与试剂  16-17
    2.2.2 B N Er 共掺杂纳米TiO_2上转换光催化剂的制备  17
    2.2.3 测试与表征  17
    2.2.4 降解实验  17
  2.3 结果与讨论  17-27
    2.3.1 硼、氮掺杂量对硝基苯酚降解率的影响  17-18
    2.3.2 XRD 分析  18-19
    2.3.3 紫外-可见漫反射光谱  19-20
    2.3.4 N_2吸附-解析等温吸附曲线和孔径分布  20-21
    2.3.5 扫描电镜分析  21-22
    2.3.6 上转换发射光谱分析  22-23
    2.3.7 光催化降解分析  23-26
    2.3.8 光催化降解机理分析  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章可见光下F-N- Er-TiO_2纳米晶光催化降解对硝基苯酚的研究  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 实验部分  28-29
    3.2.1 F-N-Er 共掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备  28-29
      3.2.1.1 试剂  28-29
    3.2.2 催化剂表征与降解实验  29
  3.3 结果与讨论  29-39
    3.3.1 F-N-Er 三掺杂纳米TiO_2的XRD 相结构的分析  29-30
    3.3.2. F-N-Er- TiO_2纳米粒子的紫外可见漫反射光谱  30-31
    3.3.3 F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2纳米粒子的等温线和孔径  31-32
    3.3.4 F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2纳米粒子的SEM  32
    3.3.5 F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2的上转换发射光谱  32-33
    3.3.6 F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2纳米粒子对对硝基苯酚的光催化  33-37
    3.3.7 所制备的F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2的重复利用的  37-38
    3.3.8 F(2.5%)-N(43%)-Er~(3+)(10%)-TiO_2的光催化降解  38-39
  3.4 本章小结  39-40
结论  40-41
参考文献  41-47
致谢  47-48
在学期间公开发表论文及著作情况  48

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