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改性TiO_2催化材料的制备及光催化性能研究

作　者: 暴彩会
导　师: 李青
学　校: 北京服装学院
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 二氧化钛掺杂负载超临界干燥光催化
分类号: O614.411
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以蒙脱土（MMT）和多壁碳纳米管（MWCNTs）为载体，采用金属和非金属掺杂的方法对TiO₂光催化剂进行改性。利用XRD、TEM、UV-vis等技术手段对纳米材料进行形貌和结构表征，以亚甲基蓝和甲基橙为光催化反应模型，对所制备的材料进行了光催化性能研究。研究结果表明：（1）溶胶凝胶结合超临界干燥制得In-TiO₂/MMT光催化剂，TiO₂以锐钛矿型存在，催化剂粒径在13～18nm之间。当In掺杂量为2%（质量百分数），煅烧温度为700℃时，光催化剂的催化活性最好，3h对亚甲基蓝降解率达99.2%，总有机碳（TOC）的去除率为63.9%。（2）溶胶凝胶法结合超临界干燥制得B-Ti02/MMT纳米光催化剂，XRD表明催化剂中Ti02为锐钛矿相；TEM表明催化剂分散性良好，无明显团聚现象；UV-vis表明掺B后Ti02的吸收向长波方向移动。（3）采用溶胶凝胶法结合超临界干燥技术制备In-TiO₂/MWCNTs光催化剂，并对其结构和形貌进行了分析。催化剂中TiO₂晶型为锐钛矿型，平均粒径约为10nm。当碳纳米管含量为3.0%，In含量为2.0%（重量百分比）,催化剂的活性最高，3h对甲基橙降解率达100%，TOC去除率为76.7%。（4）采用溶胶凝胶和超临界干燥法制备B-TiO₂/MWCNTs。结果表明，TiO₂以锐钛矿存在，B的掺入没有影响到TiO₂的晶型。B掺杂后TiO₂的带隙能降为3.02eV。3小时对甲基橙和亚甲基蓝降解率分别达到98.8%和99%，TOC去除率分别为74%和86%。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
前言  9-10
第1章绪论  10-27
  1.1 纳米材料的基本理论  10-11
    1.1.1 表面效应  10
    1.1.2 量子尺寸效应  10-11
    1.1.3 小尺寸效应  11
    1.1.4 宏观量子隧道效应  11
  1.2 纳米半导体 TiO_2  11-17
    1.2.1 TiO_2的晶体结构  11-13
    1.2.2 TiO_2光催化剂机理  13-15
    1.2.3 TiO_2的光催化应用  15-16
    1.2.4 TiO_2在其他领域的应用  16-17
  1.3 TiO_2光催化活性的主要影响因素  17-19
    1.3.1 晶体结构  17
    1.3.2 反应温度  17-18
    1.3.3 溶液 pH 值  18
    1.3.4 外加氧化剂  18
    1.3.5 光源影响  18
    1.3.6 催化剂投加量  18-19
  1.4 纳米 TiO_2光催化剂的制备方法  19-21
    1.4.1 液相沉淀法  19
    1.4.2 溶胶-凝胶法  19-20
    1.4.3 微乳液法  20
    1.4.4 水热法  20-21
    1.4.5 气相氧化法  21
    1.4.6 气相沉积法  21
  1.5 纳米 TiO_2光催化剂的改性方法  21-24
    1.5.1 贵金属沉积  21-22
    1.5.2 金属离子掺杂  22-23
    1.5.3 非金属掺杂  23
    1.5.4 复合半导体  23-24
  1.6 载体对光催化作用的影响  24
  1.7 超临界流体技术  24-25
    1.7.1 超临界流体的应用  24-25
    1.7.2 超临界流体干燥  25
  1.8 论文研究的背景及意义  25-27
第2章课题的研究内容和研究思路  27-32
  2.1 研究内容  27-28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 实验试剂  28-29
    2.2.2 实验仪器  29
    2.2.3 光催化剂的表征  29-30
  2.3 光催化剂的活性评价  30-32
    2.3.1 光催化降解实验  30-31
    2.3.2 总有机碳(TOC)测定  31-32
第3章掺硼 TiO_2/蒙脱土光催化剂的制备及性能研究  32-37
  3.1 引言  32
  3.2 实验部分  32
    3.2.1 掺硼 TiO_2/蒙脱土催化剂的制备  32
    3.2.2 掺硼 TiO_2/蒙脱土催化剂的光催化实验  32
  3.3 结果与讨论  32-36
    3.3.1 XRD 分析  32-34
    3.3.2 TEM 分析  34
    3.3.3 UV-vis 光谱分析  34-35
    3.3.4 催化剂活性研究  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章掺铟 TiO_2/蒙脱土光催化剂的制备及性能研究  37-45
  4.1 引言  37
  4.2 实验部分  37-38
    4.2.1 掺铟 TiO_2/蒙脱土催化剂的制备  37-38
    4.2.2 掺铟 TiO_2/蒙脱土催化剂的光催化实验  38
  4.3 结果与讨论  38-44
    4.3.1 XRD 分析  38
    4.3.2 TEM 分析  38-39
    4.3.3 UV-vis 光谱分析  39-40
    4.3.4 X 荧光谱图分析  40-41
    4.3.5 催化剂活性研究  41-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章掺铟 TiO_2/碳纳米管光催化剂的制备及性能研究  45-53
  5.1 引言  45
  5.2 实验部分  45-46
    5.2.1 碳纳米管的预处理  45
    5.2.2 掺铟 TiO_2/碳纳米管催化剂的制备  45-46
    5.2.3 掺铟 TiO_2/碳纳米管催化剂的光催化实验  46
  5.3 结果与讨论  46-52
    5.3.1 碳纳米管(MWCNTs)的 IR 分析  46-47
    5.3.2 碳纳米管的 TG 分析  47
    5.3.3 催化剂的 XRD 分析  47-49
    5.3.4 催化剂的 TEM 分析  49-50
    5.3.5 UV-vis 吸收光谱分析  50
    5.3.6 催化剂的光催化性能研究  50-52
  5.4 本章小结  52-53
第6章掺硼 TiO_2/碳纳米管光催化剂的制备及性能研究  53-60
  6.1 引言  53
  6.2 实验部分  53-54
    6.2.1 掺硼 TiO_2/碳纳米管催化剂的制备  53
    6.2.2 掺硼 TiO_2/碳纳米管催化剂的光催化实验  53
    6.2.3 掺硼 TiO_2/碳纳米管催化剂的表征  53-54
  6.3 结果与讨论  54-59
    6.3.1 催化剂的结构分析(XRD)  54-55
    6.3.2 催化剂的形貌分析(TEM)  55
    6.3.3 催化剂组成分析(SEM)  55-56
    6.3.4 催化剂光吸收性能分析(UV-vis)  56
    6.3.5 催化剂的光催化性能研究  56-59
  6.4 本章小结  59-60
第7章结论  60-61
参考文献  61-68
硕士期间发表的论文  68-69
致谢  69-70
论文检索信息  70-73

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