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Er3+：Y3Al5O12对半导体及复合物光催化活性影响的研究

作　者: 栾晓宇
导　师: 王君
学　校: 辽宁大学
专　业: 无机化学
关键词: Er3+ Y3Al5O12 上转光剂 二氧化钛 氧化锌 光催化活性
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


印染工业排出的染料废水具有成分复杂、有机污染物浓度高、色度高、排放量大、毒性大、难生化降解等特点。随着全球环境污染的日益严重,环境治理问题则受到人们的愈加重视。近年来,人们研究了很多技术来降解废水中的染料。其中,光催化法是一种光谱有效的降解方法,其具有设备简单,可在常温、常压条件下运行,有机物降解迅速、彻底、无二次污染等特点。TiO2和ZnO是多相光催化研究领域较为普遍的半导体光催化剂,它具有廉价、无毒、化学稳定性等优点。但是由于TiO2和ZnO的带隙较宽,只能吸收太阳光中的紫外光部分,而紫外光仅占太阳光的3-5 %。因而在降解过程中利用太阳能仍存在着很大的挑战。不但如此,TiO2和ZnO的量子效率较低,光生电子-空穴对能够快速的复合,所以,单纯TiO2和ZnO在光催化降解领域中的应用具有一定的局限性。因此,为了提高TiO2和ZnO的光催化活性,目前最重要的就是扩大其光吸收的范围和抑制电子-空穴的复合。为了解决这两个问题,我们制备出一种上转光剂Er3+:Y3Al5O12,它能把可见光转化为紫外光,从而激发TiO2和ZnO。我们用半导体催化剂耦合的方法,来抑制电子和空穴的复合,从而真正满足TiO2和ZnO的需要。本文采用硝酸-柠檬酸法制备了上转光剂Er3+:Y3Al5O12,并采用超声分散和溶液沸腾方法制的Er3+:Y3Al5O12/ZnO , Er3+:Y3Al5O12/TiO2-ZnO ,Er3+:Y3Al5O12/TiO2-ZrO2和Er3+:Y3Al5O12/TiO2-CeO2复合物。随后,这些复合物的结构形态由XRD和SEM来表征,通过UV-vis光谱和离子色谱检测它们在太阳光照射下降解染料废水的光催化活性。偶氮染料是印染工业中应用的最多的合成有机染料之一,因而也是常见的工业污染物。它们在生产过程中被大量的应用并且进入环境中。所以在本文中,偶氮品红染料被选作主要模拟污染物来检测上述复合物光催化活性。此外,本文系统研究了上转光剂含量、催化剂比例、处理温度、处理时间对这四种复合物光催化活性的影响,还研究了照射时间、染料初始浓度和催化剂加入量对降解有机染料的影响。最后,我们还通过降解多种有机染料来证明光催化剂具有普遍的应用性。实验证明了文中所提出的机理,由Er3+:Y3Al5O12转化的紫外光可以激发TiO2和ZnO产生电子-空穴对,两种半导体的耦合能够有效分离电子和空穴,进一步提高TiO2和ZnO的光催化活性。

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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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