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氮掺杂SO42-/TiO2光催化剂的一步沉淀制备及其光催化性能

作　者: 陈丽
导　师: 孙秀云
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 光催化 氮掺杂 固体酸 超声 多壁碳纳米管 斯蒂酚酸
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要


论文采用碳酸氢铵为沉淀剂,将Ti(SO4)2水解沉淀,以一步法制备了锐钛矿型氮掺杂SO42-/TiO2光催化剂。考察了焙烧气氛、焙烧温度、是否洗涤及硫酸浓度等制备条件对制得催化剂性能的影响。样品性能的表征手段有：TG、SEM、XRD、IR、XPS、UV-visDRS和BET-BJH.同时,以收敛酸为目标污染物,测试了样品的吸附性能、紫外光催化性能及模拟太阳光催化性能,给出了最佳制备条件。实验结果表明,在空气气氛中650℃焙烧,不加以洗涤且控制硫酸浓度0-0.2 M时,所得催化剂的光催化性能最强。在样品合成过程中引入超声作用,以期提高样品的光催化活性。测试了不同功率超声作用下和相同功率不同时间超声作用下,样品性能的变化,讨论了变化机理。实验表明,合成过程中大功率的超声作用可减小样品颗粒表观粒径,提高样品颗粒分散性能,提高样品光催化活性；适当延长超声作用时间,可以进一步提高样品光催化性能。向样品中引入MWCNTs,以提高样品的光催化活性。实验证实,将MWCNTs与年得光催化剂机械混合后,样品的光催化性能提高。最佳的MWCNTs加入量为0.5wt.%。对光催化性能提高的机理进行了分析。将原催化剂与MWCNTs化学键合,实验表明,化学键合后,样品的光催化性能降低,这与预期结果相反。对该现象进行了分析解释。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-22
  1.1 TiO_2光催化的原理  10-13
    1.1.1 TiO_2的晶型和晶面结构  10-12
    1.1.2 TiO_2光催化过程  12-13
  1.2 TiO_2光催化存在的问题  13-14
  1.3 TiO_2光催化剂的改进  14-21
    1.3.1 贵金属沉积  14
    1.3.2 半导体复合  14-15
    1.3.3 离子掺杂  15-18
    1.3.4 表面敏化  18
    1.3.5 尺寸细化  18-19
    1.3.6 负载  19-20
    1.3.7 超强酸化  20-21
  1.4 课题研究意义及内容  21-22
2 样品的制备  22-24
  2.1 制备步骤  22-23
    2.1.1 氮掺杂SO_4~(2-)/TiO_2的制备  22
    2.1.2 掺氮SO_4~(2-)/TiO_2-MWCNTs的制备  22-23
  2.2 制备原理  23-24
3 实验材料、装置及分析测试方法  24-31
  3.1 药品与仪器  24-25
    3.1.1 实验药品  24
    3.1.2 实验仪器  24-25
  3.2 催化剂吸附性能及光催化性能评价方法  25-28
    3.2.1 吸附性能评价方法  25
    3.2.2 光催化性能评价方法  25-28
  3.3 催化材料测试方法  28-31
    3.3.1 热重差热分析  28-29
    3.3.2 粉末X射线衍射分析  29-30
    3.3.3 扫描电镜分析  30
    3.3.4 红外光谱分析  30
    3.3.5 比表面积-孔结构测定  30
    3.3.6 X-线光电子能谱分析  30
    3.3.7 紫外-可见漫反射光谱分析  30-31
4 结果与讨论  31-71
  4.1 掺氮SO_4~(2-)/TiO_2投加量的确定  31-32
  4.2 所得样品与商品TiO_2紫外光催化性能的比较  32-33
  4.3 焙烧条件对样品性能的影响  33-52
    4.3.1 吸附性能  33-34
    4.3.2 紫外光催化性能  34-36
    4.3.3 模拟太阳光催化性能  36-37
    4.3.4 TG分析  37-38
    4.3.5 SEM分析  38-39
    4.3.6 XRD分析  39-40
    4.3.7 IR分析  40-43
    4.3.8 XPS分析  43-47
    4.3.9 UV-vis DRS分析  47-49
    4.3.10 BET-BJH分析  49-52
    4.3.11 小结  52
  4.4 超声洗涤对样品性能的影响  52-57
    4.4.1 紫外光催化性能  53
    4.4.2 模拟太阳光催化活性  53-54
    4.4.3 SEM分析  54
    4.4.4 UV-vis DRS分析  54-55
    4.4.5 BET-BJH分析  55-56
    4.4.6 小结  56-57
  4.5 合成过程中超声作用对样品性能的影响  57-63
    4.5.1 不同功率超声作用  57-59
    4.5.2 超声作用时间  59-63
    4.5.3 小结  63
  4.6 硫酸浓度对样品性能的影响  63-68
    4.6.1 紫外光催化性能  63-65
    4.6.2 SEM分析  65
    4.6.3 UV-vis DRS分析  65-67
    4.6.4 BE-BJH分析  67-68
    4.6.5 小结  68
  4.7 MWCNTs负载对样品性能的影响  68-71
    4.7.1 光催化性能  68-70
    4.7.2 SEM分析  70
    4.7.3 小结  70-71
结论与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-86

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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