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钛酸盐的制备及其光催化活性研究

作　者: 孙欣
导　师: 张文杰
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 光催化钛酸盐甲基橙溶胶-凝胶法模板剂掺杂
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钛酸锶是一种具有钙钛矿结构的新型功能材料。它具有良好的理化性质、稳定性和适宜的禁带宽度，在降解染料和光解水时显示出其优异的光催化性能。钛酸锶极具开发研究价值，在光催化材料领域有着广阔的应用前景。本文以钛酸四正丁酯和硝酸锶为主要原料，采用溶胶-凝胶法合成了钛酸锶粉末。对不同锶钛摩尔比和煅烧温度进行考察，确定最佳制备条件。在此基础上对钛酸锶进行改性研究，制备出多孔钛酸锶和掺杂型钛酸锶。研究不同模板剂和PEG4000添加量对多孔钛酸锶活性的影响，以及金属掺杂量和不同金属掺杂对催化剂的影响，确定多孔钛酸锶和掺杂型钛酸锶的最佳制备条件；通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）、X射线光电子能谱（XPS）以及傅里叶变换红外光谱法（FT-IR）对所制备的部分样品性质和结构进行表征；用制备出的钛酸锶和改性所得到的催化剂降解甲基橙，考察他们的光催化性能。研究表明：1）煅烧温度和不同锶钛摩尔比都是合成钛酸锶的重要因素。当Sr：Ti=1:1，样品在800℃下煅烧3h时，通过各种表征分析，可以得到粒度均匀，形貌良好，结晶度高的钛酸锶样品，并且具有较好的光催化性能。2）多孔钛酸锶与未加模板剂制得的钛酸锶相比，颗粒粒径变小，具有更大的比表面积和更高的结晶度。模板剂种类和添加量对提高钛酸锶光催化活性都有很大的影响。添加PEG4000制得的多孔钛酸锶光催化性能最优。当PEG4000的添加量为1.5g时，多孔钛酸锶表现出优异的光催化活性，大大提高了钛酸锶对甲基橙的降解率。3）制备的稀土金属掺杂钛酸锶中，La掺杂的钛酸锶光催化性能最优。通过表征分析指出La取代部分锶进入到晶胞中。La掺杂的钛酸锶比表面积显著增加，晶粒变小，表面也更加粗糙，有利于光催化活性的提高。所以选取适当的元素进行适量的掺杂能提高催化剂的光催化活性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 光催化技术的应用  13-15
    1.2.1 光催化剂简介  13-15
    1.2.2 光催化剂的分类  15
  1.3 钙钛矿型复合物的结构及其对光催化性能的影响  15-18
  1.4 钙钛矿型光催化剂的制备方法  18-21
    1.4.1 固相反应法  18-19
    1.4.2 溶胶-凝胶法  19
    1.4.3 化学溶液分解法  19-20
    1.4.4 化学共沉淀法  20
    1.4.5 水热法  20-21
  1.5 钙钛矿型复合氧化物的改性  21-22
    1.5.1 掺杂改性提高光催化性能  21-22
    1.5.2 通过负载的方法提高其光催化性能  22
  1.6 钙钛矿型光催化剂的研究现状  22-25
    1.6.1 光解水制氢  22-23
    1.6.2 光催化降解有色有机物染料  23-24
    1.6.3 光催化降解气相有机污染物  24-25
  1.7 本论文的选题思路及研究内容与意义  25-26
第2章实验及测试方法  26-34
  2.1 原料、试剂与仪器  26-27
  2.2 样品制备方案  27-28
  2.3 研究方法  28-30
    2.3.1 X 射线衍射分析（XRD）  28-29
    2.3.2 扫描电镜分析（SEM）  29
    2.3.3 红外光谱分析（FT-IR）  29-30
    2.3.4 X 射线光电子能谱（XPS）  30
    2.3.5 BET 比表面积及 BJH 孔径分析  30
  2.4 光催化活性的测定  30-34
    2.4.1 目标污染物的选取  30-31
    2.4.2 实验方法与步骤  31-34
第3章钛酸锶的制备及其活性研究  34-49
  3.1 序言  34
  3.2 钛酸锶光催化剂的制备  34
  3.3 钛酸锶光催化剂的表征  34-44
    3.3.1 SEM 分析  34-37
    3.3.2 XRD 分析  37-40
    3.3.3 BET 分析  40-41
    3.3.4 FT-IR 分析  41-42
    3.3.5 XPS 分析  42-44
  3.4 吸附和光催化活性实验结果与讨论  44-48
    3.4.1 吸附平衡实验  44-45
    3.4.2 光催化活性实验  45-46
    3.4.3 最佳投加量实验  46-47
    3.4.4 光催化反应时间实验  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章 PEG 模板/溶胶-凝胶法制备多孔钛酸锶  49-62
  4.1 序言  49
  4.2 PEG 的成孔机理  49-50
  4.3 多孔钛酸锶的制备  50
  4.4 不同模板剂对钛酸锶的影响  50-52
    4.4.1 添加不同模板剂的多孔钛酸锶 BET 分析  50-51
    4.4.2 不同模板剂对钛酸锶活性的影响  51-52
  4.5 PEG4000 对钛酸锶的影响  52-61
    4.5.1 多孔钛酸锶样品的表征  52-58
    4.5.2 光催化活性实验结果与分析  58-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章金属掺杂对钛酸锶活性影响的研究  62-70
  5.1 序言  62
  5.2 实验方案  62
  5.3 La 掺杂对钛酸锶的影响  62-68
    5.3.1 La 掺杂的钛酸锶的表征  62-66
    5.3.2 光催化活性实验结果与讨论  66-68
  5.4 其他金属掺杂对钛酸锶的影响  68-69
  5.5 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-80
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  80-81
致谢  81-82

钛酸盐的制备及其光催化活性研究

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