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磁性核壳光催化剂的制备和性能研究

作　者: 张云霞
导　师: 吴季怀
学　校: 华侨大学
专　业: 无机化学
关键词: 磁性复合光催化剂溶胶-凝胶法离子掺杂
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着光催化剂研究的不断发展,一种材料包覆在另外一种材料表面形成特殊复合结构的光催化剂受到广泛的关注,有研究者采用催化性能优异的TiO2包覆在超顺磁性、耐腐蚀的铁磁性微粒表面,制备成具有磁性核壳结构的光催化剂,既具备悬浮相光催化剂的高效性,又可利用磁性回收,克服了悬浮状粉末催化剂回收困难的缺点。本文采用Fe3O4为磁核,利用溶胶-凝胶法,制备易于分离的磁性复合光催化剂TiO2-γFe2O3,通过离子掺杂的手段,对TiO2-γFe2O3进行改性得到掺杂银离子的Ag-TiO2/γFe2O3和掺杂碘离子的TiO2-I-/γFe2O3,采用TG-TDA,XRD,TEM,IR等表征手段表征催化剂的表面形貌、晶型组成、化学结构等。结果表明,TiO2包覆在Fe3O4表面,但是由于选用商品的Fe3O4为磁核,颗粒大小不一,所以导致产物形状比较不规则。以甲基橙催化分解作为基础反应模型,以品红和萘酚绿B作为对比进行光催化活性评价实验,Ag-TiO2/γFe2O3催化剂的催化效果最好,萘酚绿B10 min就可以完全降解,甲基橙20 min降解率达到99%左右,对品红的降解需要的时间稍微长一些,30 min降解达到90%以上。对制备过程中影响性能的因素如:前躯体的不同配比,热处理的温度和时间等条件进行优化,保证催化剂的磁回收率达到90%的前提下,达到最好的催化效果。对分离以后的催化剂进行重复利用,重复三次以后仍具有较高的催化降解效果,满足催化剂的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章引言  10-30
  1.1 磁性纳米复合催化剂的制备方法  11-18
    1.1.1 磁性纳米复合光催化剂制备方法分类  11-12
    1.1.2 物理法制备纳米功能复合材料  12-13
    1.1.3 化学法制备纳米功能复合材料  13-18
      1.1.3.1 溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法)  14
      1.1.3.2 沉淀法  14-15
      1.1.3.3 溶剂蒸发法  15-16
      1.1.3.4 微乳液法  16-17
      1.1.3.5 气相沉淀法  17-18
  1.2 提高纳米复合催化剂光催化活性的途径  18-20
  1.3 纳米复合磁性光催化剂研究进展  20-21
  1.4 本文研究的目的意义及主要研究工作  21-23
  参考文献  23-30
第2章 TiO_2-γFE_20_3复合催化剂的制备与性能研究  30-45
  2.1 概述  30
  2.2 实验部分  30-32
    2.2.1 试剂及仪器  30-31
    2.2.2 磁性复合材料的制备  31
    2.2.3 光催化活性实验方法  31-32
    2.2.4 催化剂的回收  32
    2.2.5 催化剂的重复使用  32
  2.3 纳米磁性复合催化剂TiO_2-γFE_20_3 的表征及分析  32-36
    2.3.1 差热-热重分析  32-33
    2.3.2 XRD 分析  33-35
    2.3.3 透射电子显微镜分析  35
    2.3.4 傅立叶变换红外光谱分析  35-36
  2.4 纳米磁性复合催化剂TiO_2-ΓFE_20_3 光催化活性评价  36-40
    2.4.1 光催化实验结果  36-37
    2.4.2 TiO_2-γFE_20_3 复合催化剂对不同染料的降解性能对比  37-38
    2.4.3 磁基体所占比例的确定  38-39
    2.4.4 催化剂重复使用结果分析  39-40
  2.5 性能影响的因素分析  40-42
    2.5.1 热处理的温度  40
    2.5.2 热处理的时间  40-41
    2.5.3 加水量  41
    2.5.4 乙醇量  41
    2.5.5 HCl 量  41-42
  2.6 本章小结  42-43
  参考文献  43-45
第3章 AG-TiO_2/γFE_20_3磁性复合催化剂制备及光催化性能  45-61
  3.1 引言  45-46
  3.2 实验部分  46-47
    3.2.1 试剂和仪器  46
    3.2.2 Ag-TiO_2/γFE_20_3 磁性复合催化剂的制备  46
    3.2.3 光催化活性实验方法  46-47
    3.2.4 催化剂的回收  47
    3.2.5 催化剂的重复使用  47
  3.3 AG-TiO_2/γ-FE_20_3 磁性复合催化剂的表征及分析  47-51
    3.3.1 差热-热重分析  47-48
    3.3.2 XRD 分析  48-50
    3.3.3 透射电子显微镜分析  50
    3.3.4 傅立叶变换红外光谱分析  50-51
  3.4 AG-TiO_2/γ-FE_20_3 磁性复合催化剂光催化活性评价  51-55
    3.4.1 光催化实验结果  51-53
    3.4.2 对不同染料降解性能对比  53
    3.4.3 磁基体所占比例的确定  53-55
    3.4.4 催化剂重复使用结果分析  55
  3.5 影响性能的因素分析  55-57
    3.5.1 不同银的掺杂量对催化性能的影响  55-56
    3.5.2 热处理温度  56-57
    3.5.3 热处理的时间  57
  3.6 本章小结  57-59
  参考文献  59-61
第4章 TiO_2-I-/γFE_20_3磁性复合催化剂的制备及催化性能  61-73
  4.1 引言  61-62
  4.2 实验部分  62-63
    4.2.1 试剂和仪器  62
    4.2.2 TiO_2-I-/γFE_20_3 磁性复合催化剂的制备  62
    4.2.3 光催化活性实验方法  62
    4.2.4 催化剂的回收  62-63
    4.2.5 催化剂的重复使用  63
  4.3 TiO_2-I-/γFE_20_3 磁性复合催化剂的表征及分析  63-67
    4.3.1 差热-热重分析  63-64
    4.3.2 XRD 分析  64-65
    4.3.3 透射电子显微镜分析  65-66
    4.3.4 傅立叶变换红外光谱分析  66-67
  4.4 TiO_2-I-/γFE_20_3 磁性复合催化剂光催化活性评价  67-69
    4.4.1 光催化实验结果  67
    4.4.2 对不同染料降解性能对比  67-68
    4.4.3 磁基体所占比例的确定  68
    4.4.4 催化剂重复使用结果分析  68-69
  4.5 影响性能的因素分析  69-71
    4.5.1 不同碘离子掺杂量对催化性能的影响  69
    4.5.2 热处理温度的影响  69-70
    4.5.3 热处理时间的影响  70-71
  4.6 本章小结  71-72
  参考文献  72-73
第5章总结  73-75
本论文存在的不足  75-76
硕士在读期间发表的论文  76-77
致谢  77

磁性核壳光催化剂的制备和性能研究

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