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CdS-NaTa03复合型光催化剂的制备及光降解污染物研究

作　者: 孟越
导　师: 佘振宝
学　校: 吉林大学
专　业: 化学工程
关键词: CdS-NaTaO3 复合型光催化剂制备元素检测光降解
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钽基纳米材料具有高度的稳定性，反应中不发生光腐蚀和化学腐蚀；同时安全无毒；其光生电子和光生空穴具有足够强的还原、氧化能力，可降解大部分的有机污染物。由于NaTaO3半导体材料独特的晶体结构和能带结构，使其在光催化降解有机污染物和光催化制备新能源氢气等领域具有广阔的应用前景。但是由于NaTaO3半导体的宽的带间隔，使其只能吸收紫外光，太阳能得利用率较低。因此通过对NaTaO3进行改性，调控其能带结构，拓展其光响应范围对钽矿资源的在光催化领域的综合利用具有重要的意义。研究表明，通过复合两种不同带结构的半导体光催化剂，复合的光催化剂将具有比任意单一催化剂更好的稳定性和催化活性，而且有可能大大提高其可见光响应，而且通过改变复合半导体光催化剂中各组分比例，可以调控复合光催化剂的光催化效率。但是钽基纳米材料仅能够被太阳能光谱中的紫外光激发，光吸收效率低，所以本工作拟通过复合一种与NaTaO3半导体能带结构匹配的半导体，利用两种半导体的能带的协同效应，实现对NaTaO3能隙的调控作用及性能的改善。CdS是窄禁带半导体，太阳能光谱中的可见光就可将其价带电子激发至导带，因此复合CdS和NaTaO3形成复合光催化剂，可以使复合的催化剂同时拥有二者的独特的光催化和光吸收特性，达到扩展钽酸钠的光谱响应和提高其光催化量子效率的目的。本文采用水热法和微波法合成CdS-NaTaO3光催化材料，研究CdS-NaTaO3的较佳合成途径和条件；同时研究钽酸盐基光催化剂的元素检测方法，并通过降解有机污染物对其进行光催化活性试验，得出CdS-NaTaO3的最佳复合浓度，探讨其光催化活性及其影响因素。根据光催化活性性能测试实验，水热方法制备的催化剂，在温度180℃，NaTaO3与CdS的比例为1:3的条件下，催化剂对亚甲基蓝的降解效果为最佳；微波方法制备的催化剂，在温度160℃，NaTaO3与CdS的比例为1:5条件下，复合产物对亚甲基蓝的降解效果为最佳；水热方法制备的催化剂，在温度150℃NaTaO3与CdS的比例为1:5条件下制备的复合产物对罗丹明B的降解效果为最佳；微波方法制备的催化剂，在温度140℃，NaTaO3与CdS的比例为1:5条件下制备的复合产物对罗丹明B的降解效果为最佳。复合得到的催化剂对亚甲基蓝和罗丹明B的催化效果明显好于NaTaO3和CdS单独进行催化的效果，说明二者并非简单混合，而是形成了均匀的异质结复合物。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-17
  1.1 半导体光催化技术概述  9-11
    1.1.1 光催化技术  9
    1.1.2 光催化技术在环境污染治理中的应用  9-11
  1.2 半导体光催化的基本原理  11-14
    1.2.1 影响半导体催化光催化性能的因素  11-12
    1.2.2 获得催化剂性能的办法  12-14
  1.3 钽酸盐基半导体光催化剂的研究进展  14-15
  1.4 本论文的研究意义及研究内容  15-17
第2章 NaTaO3和 CdS-NaTaO3的合成、含量分析以及性能研究  17-31
  2.1 实验方法概述  17-18
    2.1.1 水热法简介  17
    2.1.2 微波辅助水热法简介  17-18
  2.2 催化剂的制备  18-20
    2.2.1 实验仪器  18
    2.2.2 实验试剂  18-19
    2.2.3 NaTaO3纳米粒子的制备  19
    2.2.4 CdS 纳米粒子的制备  19
    2.2.5 CdS- NaTaO3复合纳米粒子的制备  19-20
  2.3 NaTaO3和 CdS-NaTaO3的含量测定  20-26
    2.3.1 单宁沉淀重量法测定 NaTaO3含量  20-21
    2.3.2 ICP-AES 法测定 NaTaO3含量  21-23
    2.3.3 ICP-AES 法测定合成纳米粒子 CdS 中 Cd 含量  23-24
    2.3.4 沉淀重量法测定 CdS 中 S 的含量  24
    2.3.5 ICP-MS 法测定 CdS- NaTaO3复合纳米粒子杂质的含量  24-26
  2.4 催化剂光催化性能研究  26-31
第3章结果与讨论  31-40
  3.1 CdS-NaTaO3复合纳米粒子中 CdS 和 NaTaO3的含量数据  31
  3.2 水热法合成 CdS-NaTaO3降解亚甲基蓝溶液活性分析  31-33
  3.3 微波法合成 CdS-NaTaO3降解亚甲基蓝溶液活性分析  33-35
  3.4 水热法合成 CdS-NaTaO3降解罗丹明 B 溶液活性分析  35-37
  3.5 微波法合成 CdS-NaTaO3降解罗丹明 B 溶液活性分析  37-40
第4章结论  40-41
参考文献  41-45
致谢  45

CdS-NaTa03复合型光催化剂的制备及光降解污染物研究

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