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静电纺丝法制备TiO2及其光催化行为的研究
作 者: 陈影声
导 师: 陈日耀;陈震
学 校: 福建师范大学
专 业: 环境工程
关键词: TiO2 静电纺丝 纳米纤维 掺杂 固载 光催化 降解
分类号: O614.411
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
水是人类赖以生存的物质之一。现在全球范围内水资源短缺,这不仅威胁着人类的生存,而且制约了经济的发展。污水处理的研究越来越受到重视,研究出了很多新的技术,光催化技术即是其中之一。光催化氧化技术因具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、适用范围广及可减少二次污染等突出特点,在有机废水处理中备受关注。纳米Ti02具有比表面积大、无毒、成本低和使用寿命长等优点,在光催化降解领域应用前景广阔。但纳米Ti02呈强极性,粒子表面能高,在水及有机介质中易团聚,使纳米Ti02有效作用面积下降,在实际应用中受到很大的限制。同时有机污染物在纳米Ti02表层覆盖率低,纳米Ti02禁带宽度为3.2 eV,其光催化特性只限于紫外波段,光响应范围窄,难以有效利用太阳光,影响纳米Tio2对有机污染物的吸附和光降解性能。解决上述问题的主要途径是对Ti02催化剂进行改性。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸丁酯、乙酸锌为前驱体,利用静电纺丝法,以旋转的叶轮为收集装置,利用程序升温法,在550℃下空气氛围中烧结6 h,制备Zn2+掺杂的Ti02纳米纤维。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征,并研究了该复合催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝的催化降解性能。结果表明,在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入Zn2+掺杂的Ti02纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率高于70%。以PVP/Ti(OC4H9)4溶胶为壳层,以PVP/Ni(CH3COO)2·4H2O溶胶为核层,采用同轴静电纺丝法,以碳棒为接收装置,制备了核壳结构Ti(OC4H9)4/Ni(CH3COO)2·4H2OPVP纤维;用程序升温法,在550℃下空气氛围中烧结6 h,制备了NiO-TiO2同轴纳米纤维。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、红外吸收光谱、热重(TG)等测试技术对复合纳米纤维的结构和性能进行了表征,并研究了该催化剂在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液的催化降解性能。结果表明在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入NiO-TiO2同轴纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率接近85%,而且该复合催化剂可以循环使用。采用聚乙烯吡咯烷酮溶胶通过静电纺丝法制备出PVP纳米纤维。在纺丝的过程中以碳棒为收集装置,把PVP纳米纤维直接固载在碳棒上,在250℃预氧化,850℃炭化,得到碳纳米纤维。将碳纤维渍取钛酸丁酯,200℃下热处理后在550℃下在空气中焙烧,制得负载型纳米二氧化钛。利用扫描电子显微镜、红外吸收光谱、X射线衍射等测试手段对纳米纤维进行了表征。并把负载型Ti02分散在亚甲基蓝溶液中,分析Ti02固载纳米碳纤维的光催化活性。结果表明,在100 mL 2.0 mg/L亚甲基蓝溶液中加入1.0 mg TiO2固载碳纳米纤维,光催化降解40分钟后,亚甲基蓝的降解率接近75%。Ti02固载碳纳米纤维在使用过程中回收效果良好。
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全文目录
中文摘要 2-4Abstract 4-6中文文摘 6-9目录 9-12绪论 12-30 0.1 问题的提出 12-13 0.2 光催化技术 13-16 0.2.1 纳米TiO_2的晶型和结构研究 13-14 0.2.2 TiO_2的光催化反应原理 14-16 0.3 TiO_2在污染控制领域的应用 16-17 0.3.1 净化空气 16-17 0.3.2 水中污染物的降解 17 0.3.3 抗菌保洁 17 0.3.4 无机污染物的处理 17 0.4 TiO_2光催化剂存在的问题 17-18 0.5 TiO_2光催化剂的改性 18-21 0.5.1 贵金属沉积 18 0.5.2 半导体复合 18-19 0.5.3 表面光敏化 19-20 0.5.4 减小催化剂颗粒尺寸 20-21 0.5.5 金属离子和非金属元素掺杂 21 0.6 光催化剂的负载 21-22 0.7 纳米材料简介 22 0.8 纳米材料的基本效应 22-23 0.8.1 小尺寸效应 22 0.8.2 表面效应 22-23 0.8.3 宏观量子隧道效应 23 0.8.4 量子尺寸效应 23 0.8.5 介电限域效应 23 0.9 静电纺丝技术 23-27 0.9.1 静电纺丝简介 23-24 0.9.2 静电纺丝装置 24-25 0.9.3 静电纺丝原理 25-26 0.9.4 静电纺丝的影响因素 26 0.9.5 静电纺丝的应用 26-27 0.10 亚甲基蓝染料概述 27-28 0.11 本论文的研究目的和意义 28-30第一章 Zn~(2+)掺杂TiO_2纳米纤维的制备及其光催化行为研究 30-40 1.1 前言 30-31 1.2 实验部分 31-33 1.2.1 主要试剂和仪器 31 1.2.2 复合纳米纤维的制备 31-32 1.2.3 样品的表征 32 1.2.4 光催化性能测试 32-33 1.3 结果与讨论 33-38 1.3.1 TiO_2复合纳米纤维的形貌表征 33-34 1.3.2 TiO_2复合纳米纤维的热重分析 34 1.3.3 TiO_2复合纳米纤维的红外光谱分析 34-35 1.3.4 TiO_2复合纳米纤维的XRD衍射图谱分析 35-36 1.3.5 光催化机理和性能测试 36-38 1.4 结论 38-40第二章 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的制备及光催化行为研究 40-50 2.1 前言 40-41 2.2 实验 41-42 2.2.1 化学试剂和仪器 41 2.2.2 纳米纤维的制备 41-42 2.3 表征 42-43 2.4 光催化性能测试 43 2.5 结果与讨论 43-49 2.5.1 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的形貌表征 43-44 2.5.2 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的热重分析 44 2.5.3 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的红外光谱分析 44-45 2.5.4 NiO-TiO_2同轴纳米纤维的XRD衍射图谱分析 45-46 2.5.5 光催化性能和降解机制 46-48 2.5.6 NiO-TiO_2同轴纳米纤维光催化剂的回收利用 48-49 2.6 结论 49-50第三章 纳米碳纤维固载TiO_2的研究 50-58 3.1 引言 50-51 3.2 实验部分 51-53 3.2.1 化学试剂和仪器 51 3.2.2 静电纺丝设备 51-52 3.2.3 纳米碳纤维的制备 52 3.2.4 负载型二氧化钛的制备 52 3.2.5 光催化性能测试 52-53 3.3 结果与讨论 53-56 3.3.1 SEM形貌观察 53-54 3.3.2 纤维的红外吸收光谱分析 54 3.3.3 碳纤维的XRD分析 54-55 3.3.4 固载型TiO_2的光催化机理和性能测试 55 3.3.5 TiO_2固载碳纳米纤维光催化剂的回收利用 55-56 3.4 结论 56-58第四章 结论 58-60参考文献 60-70攻读学位期间承担的科研任务与主要成果 70-72致谢 72-74个人简历 74-76
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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族金属元素及其化合物 > 钛副族(ⅣB族金属元素) > 钛Ti
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