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CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的组织结构与光催化性能

作　者: 吴广涛
导　师: 蔡伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 水热法 CNTs/Fe3O4/TiO2纳米复合材料光催化性能光降解动力学
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

磁载纳米光催化剂可以解决悬浮体系中光催化剂的回收问题,成为光催化剂领域的研究热点,而提高磁载光催化剂的催化性能更是人们关注的焦点。本文采用水热法以钛酸四丁酯为前躯物制备出CNTs/Fe₃O₄/TiO₂纳米复合材料,采用XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM、PPMS和光催化测试平台研究了CNTs/Fe3O4/TiO2纳米复合材料的组织结构、形貌和光催化性能。研究发现,CNTs/Fe₃O₄/TiO₂纳米复合材料中负载的TiO₂为锐钛矿结构,通过控制钛酸四丁酯的投入量可以制备出TiO₂负载比较均匀的纳米复合材料。结果表明,随钛酸四丁酯投入量和光催化剂含量的增大,CNTs/Fe₃O₄/TiO₂纳米复合材料的光催化活性先升高后降低;随着溶液PH值和甲基橙初始浓度增大,纳米复合材料的光催化活性逐渐降低。优化出钛酸四丁酯投入量与CNTs/Fe₃O₄比值为8、溶液PH值为6、催化剂浓度为240mg/L时复合材料光催化活性最佳。优化后CNTs/Fe₃O₄/TiO₂纳米复合材料光催化反应后磁回收率达87.5%,二次使用时3h内可以使甲基橙降解率达95%以上。动力学研究表明,光催化剂浓度和溶液PH值对光催化反应动力学有影响。当纳米复合材料浓度为60mg/L时甲基橙光降解反应符合零级动力学规律,浓度为120mg/L、240mg/L、480mg/L时甲基橙光降解反应符合一级动力学规律,且反应速率常数随浓度增大先升高后降低;当溶液PH值分别为4、6、8时,甲基橙光降解反应符合一级动力学规律,且反应速率常数随PH值增大而降低。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 选题的背景及意义  9
  1.2 光催化剂的研究现状  9-10
  1.3 纳米Ti0_2光催化剂  10-17
    1.3.1 Ti0_2光催化原理  10-11
    1.3.2 纳米Ti0_2的物性  11-12
    1.3.3 纳米Ti0_2的制备  12-15
    1.3.4 影响纳米Ti0_2光催化性能的因素  15-16
    1.3.5 纳米Ti0_2光催化剂在污水处理中的应用与回收  16-17
  1.4 磁载纳米Ti0_2光催化剂  17-18
  1.5 碳纳米管作载体对Ti0_2光催化性能的影响  18-19
  1.6 主要研究内容  19-20
第2章试验材料及试验方法  20-25
  2.1 试验材料和仪器  20-22
  2.2 组织结构分析  22-23
  2.3 光催化活性测试  23-25
第3章 CNTs  25-34
  3.1 引言  25
  3.2 CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的微观结构  25-29
  3.3 CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的形貌特征  29-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的光催化性能  34-56
  4.1 引言  34
  4.2 CNTs 和Fe_30_4 对Ti0_2 光催化性能的影响  34-37
  4.3 影响 CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料光催化性能的因素  37-47
    4.3.1 Ti0_2 负载量对光催化性能的影响  37-39
    4.3.2 Fe_30_4 负载量对光催化性能的影响  39-40
    4.3.3 光催化剂浓度对光催化性能的影响  40-41
    4.3.4 溶液PH 值对光催化性能的影响  41-43
    4.3.5 甲基橙初始浓度对光催化性能的影响  43-47
  4.4 回收后CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的光催化性能  47-50
  4.6 CNTs/Fe_3O_4/TiO_2降解甲基橙的动力学  50-56
    4.6.1 催化剂浓度对光降解动力学的影响  51-52
    4.6.2 PH 值对光降解动力学的影响  52-53
    4.6.3 甲基橙初始浓度对光降解动力学的影响  53-56
结论  56-57
参考文献  57-63
致谢  63

CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的组织结构与光催化性能

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