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含钛高炉渣再资源化的一个启发性观点

作　者: 杨合
导　师: 左良；薛向欣
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 二氧化钦（TiO2）光催化含钛高炉渣高钛渣钛精矿亚甲基蓝活性艳红X-3B 邻硝基酚抗菌性
分类号: X757
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

光催化实用技术已经成为功能材料与环境保护研究领域的热点。本文从复合矿综合利用、固体废弃物再资源化、环境污染防治和半导体光催化材料制备的低成本化出发，提出将含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿作为光催化材料原料进行综合利用的新方法。以亚甲基蓝降解率为评价指标，讨论了处理后的含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿作为光催化材料的光催化性能及影响因素，制备了含钛高炉渣中的纯矿物，并研究了其光催化性与杂离子加入的关系。进行了含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿作为光催化材料降解溶液中染料活性艳红X-3B和邻硝基酚的实验研究，并进行了含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿的抗菌效果研究。首先以我国攀钢、承钢和马钢三种含钛高炉渣为原料制备光催化材料，以亚甲基蓝降解率为评价指标，研究了三种含钛高炉渣的光催化活性与炉渣中TiO₂含量、粉体粒度、热处理温度及稀土氧化物掺杂量的关系，研究了熔融结晶对炉渣光催化活性的影响。结果表明，三种含钛高炉渣均具有光催化活性，但因其TiO₂含量差异而光催化活性有显著差异，随着炉渣粉体粒度减小光催化活性显著增加，炉渣光催化活性与热处理温度有关，800℃恒温处理炉渣光催化活性最好。稀土氧化物CeO₂掺杂和熔融结晶均能提高炉渣光催化活性。为探讨含钛高炉渣的光催化机理，实验分别制备和选用了钙钛矿、尖晶石和透辉石单矿物，制备了掺杂Fe₂O₂、CeO₂和V₂O₅的钙钛矿固溶体，对钙钛矿、尖晶石和透辉石进行了光催化性研究，结果表明，钙钛矿具有较好的光催化性能，而透辉石和尖晶石无光催化性，钙钛矿的光催化活性与掺杂离子种类和掺杂量有关，当少量加入CeO₂和Fe₂O₃时，钙钛矿光催化活性显著提高，而加入V₂O₅时，钙钛矿光催化效果明显下降。复合掺入CeO₂和Fe₂O₃的钙钛矿光催化活性更好。以亚甲基蓝降解率为评价指标，进行了高钛渣和钛精矿的光催化性的实验研究。研究了高钛渣和钛精矿光催化活性与热处理温度、稀土氧化物CeO₂和La₂O₃的掺杂的关系。结果表明，800℃处理的高钛渣和200℃处理的钛精矿光催化效果较为显著。稀土氧化物La₂O₃的掺杂对高钛渣和钛精矿的光催化性能均具有负面影

全文目录

独创性声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
摘要  4-7
Abstract  7-14
第一章绪论  14-50
  1.1 引言  14
  1.2 含钛炉渣研究现状  14-23
    1.2.1 高炉渣简介  14-17
    1.2.2 含钛高炉渣概述  17-23
  1.3 高钛渣及钛精矿简介  23-24
  1.4 光催化材料的研究进展  24-43
    1.4.1 半导体光催化材料的性质  25-30
    1.4.2 TiO_2光催化机理  30-32
    1.4.3 TiO_2结构对光催化性能的影响  32-34
    1.4.4 提高TiO_2光催化性能的途径  34-39
    1.4.5 TiO_2光催化反应体系  39-41
    1.4.6 钙钛矿型复合氧化物光催化机理及影响因素  41-43
  1.5 光催化技术的发展方向  43-45
    1.5.1 TiO_2光催化剂的分离问题  43-44
    1.5.2 提高 TiO_2光催化效率  44-45
    1.5.3 扩展 TiO_2可利用的光谱范围  45
  1.6 本课题的提出与研究内容  45-50
    1.6.1 本课题的提出  45-48
    1.6.2 本课题的主要研究内容  48-49
    1.6.3 创新点  49-50
第二章含钛高炉渣光催化性的研究  50-74
  2.1 引言  50
  2.2 含钛高炉渣光催化性表征方法  50-53
    2.2.1 实验装置与方法  50-51
    2.2.2 吸收曲线和标准曲线  51-53
  2.3 含钛高炉渣表征  53-55
  2.4 含钛高炉渣光催化性与 TiO_2含量、反应时间的关系  55-56
  2.5 颗粒尺寸与光催化活性的关系  56-57
  2.6 处理温度对光催化性能的影响  57-58
  2.7 掺杂稀土 CeO_2的影响  58-62
  2.8 熔融结晶的影响  62
  2.9 纯矿物的合成与催化性实验  62-73
    2.9.1 钙钛矿合成与光催化性  63-71
    2.9.2 透辉石矿物的光催化性  71-72
    2.9.3 尖晶石矿物的合成及光催化性  72-73
  2.10 本章小结  73-74
第三章高钛渣及钛精矿光催化性的研究  74-87
  3.1 引言  74
  3.2 实验原料及实验方法  74-76
    3.2.1 原料  74-76
    3.2.2 实验装置与方法  76
  3.3 处理温度对光催化性能的影响  76-79
  3.4 添加稀土氧化物 CeO_2对光催化性能的影响  79-82
  3.5 添加稀土氧化物 La_2O_3对光催化性能的影响  82-85
  3.6 含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿复合光催化作用研究  85-86
  3.7 本章小结  86-87
第四章含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿光催化降解活性艳红 X-3B  87-104
  4.1 引言  87-88
  4.2 TiO_2光催化剂的应用  88-92
  4.3 实验样品与方法  92-94
    4.3.1 实验样品  92-93
    4.3.2 实验装置与方法  93
    4.3.3 染料活性艳红 X-3B标准曲线  93-94
  4.4 反应时间对光催化效果的影响  94-95
  4.5 催化剂加入量对光催化的影响  95-96
  4.6 溶液初始浓度对光催化的影响  96-97
  4.7 不同光源对光催化的影响  97-98
  4.8 同一光源不同光强度对光催化的影响  98-99
  4.9 溶液pH值对光催化的影响  99-101
  4.10 TiO_2对光催化的影响  101-102
  4.11 空气流量对降解率的影响  102-103
  4.12 本章小结  103-104
第五章含钛高炉渣、高钛渣和钛精矿光催化降解邻硝基酚  104-116
  5.1 引言  104
  5.2 含酚废水概述  104-108
    5.2.1 含酚废水来源及危害  104-105
    5.2.2 含酚废水的治理方法及研究进展  105-108
  5.3 实验样品及方法  108-110
    5.3.1 实验样品  108-109
    5.3.2 吸收曲线的测定  109
    5.3.3 标准曲线的测定  109-110
    5.3.4 光催化降解邻硝基酚溶液的实验方法  110
  5.4 反应时间对光催化效果的影响  110-111
  5.5 添加强氧化剂 H_2O_2对光催化性能的影响  111-113
  5.6 外加电场对光催化性能的影响  113-114
  5.7 pH值对光催化性能的影响  114-115
  5.8 本章小结  115-116
第六章含钛高炉渣、高钛渣、钛精矿抗菌性研究  116-132
  6.1 引言  116
  6.2 抗菌材料的历史及发展现状  116-118
    6.2.1 无源及有源抗菌材料  116-117
    6.2.2 天然抗菌材料  117
    6.2.3 有机抗菌材料  117
    6.2.4 无机抗菌材料  117-118
    6.2.5 TiO_2抗菌材料的发展及应用  118
  6.3 实验方法  118-119
    6.3.1 抗菌实验方法的选择  118
    6.3.2 细菌的培养  118-119
    6.3.3 实验过程  119
  6.4 攀钢含钛高炉渣对大肠杆菌作用的实验  119-127
    6.4.1 不同处理温度下含钛高炉渣对大肠杆菌的作用  119-121
    6.4.2 光照对抗菌性能的影响  121-123
    6.4.3 Ag~+离子掺杂对抗菌性能的影响  123-125
    6.4.4 V_2O_5掺杂对抗菌性能的影响  125-127
  6.5 攀钢含钛高炉渣对金黄色葡萄球菌作用的实验研究  127-130
    6.5.1 攀钢高炉渣对金黄色葡萄球菌的作用  127-129
    6.5.2 CuO掺杂对抗菌性能的影响  129-130
  6.6 几种含钛物料的抗菌性能实验研究  130-131
  6.7 本章小结  131-132
第七章结论  132-134
参考文献  134-148
附录:论文相关的研究内容  148-152
攻读博士学位期间的研究成果和发表的论文  152-154
致谢  154-155
作者简介  155

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