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TiO2纳米管的制备与改性及光催化性能的研究

作 者: 周永
导 师: 江芳
学 校: 南京理工大学
专 业: 环境工程
关键词: TiO2纳米管 光催化 光还原法 改性 硝基苯
分类号: O643.32
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


本文通过水热法及后续焙烧处理制备出具有不同晶型和比表面积的Ti02纳米管(TNT),并以此为基体,通过光还原法分别在纳米管表面沉积贵金属Ag和Au制备出载银Ti02纳米管(Ag/TNT)和载金Ti02纳米管(Au/TNT)。通过TEM、XRD、BET、XPS等表征方法,对制备的TNT、Ag/TNT和Au/TNT的结构、晶型、比表面积以及沉积在纳米管上的贵金属元素的价态进行分析。以硝基苯为目标物,系统的研究了焙烧温度、pH值和催化剂使用量对TNT光催化性能的影响;研究了纳米管基体的焙烧温度、pH值、贵金属沉积量、催化剂的重复使用次数等因素对Ag/TNT和Au/TNT的光催化性能的影响;初步探讨了Au/TNT光催化降解硝基苯的机理。得出的主要结论如下:焙烧温度对TNT的结构、晶型和光催化性能有着重要的影响。随着焙烧温度的升高,TNT的比表面积逐渐减小、锐钛矿相含量逐渐增加、管状结构受到破坏(400℃以下焙烧时对TNT的管状结构破坏不大);400℃焙烧后的TNT的光催化活性最大。分别对Ag/TNT和Au/TNT进行TEM、XRD、BET和XPS表征,结果显示:在一定的沉积量范围内,光还原法沉积Ag或Au对TNT的晶型及管状结构均无明显的影响,TNT仍为有序的纳米管状结构;沉积贵金属Ag或Au后纳米管的比表面积略有下降;XPS表征显示,光还原法沉积在TNT上的Ag、Au元素均以单质形式存在。沉积贵金属后纳米管的光催化活性有了较明显的提高,以400℃焙烧后的纳米管为基体,Ag沉积量为0.5%制备的Ag/TNT (TNT-400-0.5%Ag)、Au沉积量为0.1%制备的Au/TNT (TNT-400-0.1%Au)的光催化活性最高,这是由于沉积的贵金属可捕获电子,使光生空穴-电子达到有效分离,进而提高了光催化活性;酸性条件下Ag/TNT和Au/TNT的光催化活性均高于中性及碱性条件下的;重复使用四次后Ag/TNT和Au/TNT的光催化活性变化不大;通过TOC和高效液相色谱分析得出,利用Au/TNT光催化降解硝基苯的过程中,部分硝基苯先转化为苯胺,再被光催化进一步降解。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-22
  1.1 硝基苯污染现状及处理方法  10-11
  1.2 光催化技术的基本原理  11-13
  1.3 光催化反应的影响因素  13-15
    1.3.1 光催化剂的性质  13
    1.3.2 光催化反应条件  13-15
  1.4 光催化剂的制备  15-17
    1.4.1 水热法  15-16
    1.4.2 阳极氧化法  16
    1.4.3 模板法  16-17
    1.4.4 气相法  17
  1.5 光催化剂的改性  17-20
    1.5.1 结构改性  17-18
    1.5.2 贵金属沉积  18
    1.5.3 非金属离子掺杂  18-19
    1.5.4 表面螯合和衍生  19
    1.5.5 半导体复合  19
    1.5.6 负载技术  19-20
  1.6 TiO_2纳米管的研究现状  20-21
  1.7 本课题研究内容  21-22
2 实验试剂、实验仪器及分析方法  22-26
  2.1 实验试剂及主要实验仪器  22-23
  2.2 试验方法  23
    2.2.1 TiO_2纳米管的制备方法  23
    2.2.2 TiO_2纳米管的表征方法  23
  2.3 催化剂的光催化性能分析  23-26
    2.3.1 光催化反应实验流程及装置  23-24
    2.3.2 硝基苯浓度分析法  24
    2.3.3 TiO_2纳米管光催化活性评价方法  24-26
3 TiO_2纳米管的制备及其光催化性能研究  26-34
  3.1 TiO_2纳米管的制备  26
  3.2 催化剂的表征结果及讨论  26-30
    3.2.1 X射线衍射分析(XRD)  26-27
    3.2.2 透射电镜分析(TEM)  27-28
    3.2.3 比表面积分析(BET)  28-30
  3.3 TiO_2纳米管光催化降解硝基苯性能分析  30-33
    3.3.1 焙烧温度对TiO_2纳米管光催化性能的影响  30-32
    3.3.2 pH值对TiO_2纳米管光催化性能的影响  32
    3.3.3 TiO_2纳米管使用量对光催化性能的影响  32-33
  3.4 本章小结  33-34
4 载银TiO_2纳米管的制备及其光催化性能研究  34-45
  4.1 载银TiO_2纳米管(Ag/TNT)的制备  34
  4.2 载银TiO_2纳米管的表征及分析  34-38
    4.2.1 透射电镜分析(TEM)  34-35
    4.2.2 X射线衍射分析(XRD)  35-36
    4.2.3 比表面积分析(BET)  36-37
    4.2.4 X射线能谱分析(XPS)  37-38
  4.3 载银TiO_2纳米管光催化性能分析  38-43
    4.3.1 基体焙烧温度对Ag/TNT光催化性能的影响  38-40
    4.3.2 Ag沉积量对Ag/TNT光催化性能的影响  40
    4.3.3 pH值对Ag/TNT光催化性能的影响  40-41
    4.3.4 硝基苯浓度对Ag/TNT光催化性能的影响  41-42
    4.3.5 曝气(N_2/空气)对Ag/TNT光催化性能的影响  42-43
    4.3.6 重复使用次数对Ag/TNT光催化性能的影响  43
  4.4 本章小结  43-45
5 载金TiO_2纳米管的制备及其光催化性能研究  45-56
  5.1 载金TiO_2纳米管的制备  45
  5.2 载金TiO_2纳米管的表征及结果分析  45-49
    5.2.1 透射电镜分析(TEM)  45
    5.2.2 X射线衍射分析(XRD)  45-47
    5.2.3 比表面积分析(BET)  47-48
    5.2.4 X射线能谱分析(XPS)  48-49
  5.3 载金TiO_2纳米管的光催化性能分析  49-52
    5.3.1 基体焙烧温度对Au/TNT光催化效率的影响  49-50
    5.3.2 Au沉积量对Au/TNT光催化效率的影响  50-51
    5.3.3 pH值对Au/TNT光催化效率的影响  51-52
    5.3.4 重复使用次数对Au/TNT光催化效率的影响  52
  5.4 载金TiO_2纳米管光催化降解硝基苯机理初探  52-54
    5.4.1 TOC分析  52-53
    5.4.2 液相图谱分析  53-54
  5.5 本章小结  54-56
6 结论与建议  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 建议  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-64

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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 > 催化反应
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