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新型光催化剂的制备及降解染料废水的研究

作　者: 赵金刚
导　师: 戴长虹
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 废水处理 光催化剂 钒酸镧 铁酸镧 低温熔盐法
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


染料是一种较难以降解物质,对水体能够产生严重的污染。近年来对染料废水的研究成为废水处理领域的研究热点。在众多染料废水处理技术中,光催化氧化法以其高效、环保、节能等突出优点而越来越受到人们的重视。本论文在介绍光催化氧化技术以及国内外对废水处理技术的基础上,对采用光催化氧化这种新技术来处理染料废水进行了初步研究。钒酸盐是一类极具潜力的光催化剂,如InVO4、BiVO4、Ag3VO4等都具有较窄的带隙宽度,从而能够更充分地利用太阳能光催化降解污染物。本论文首先以偏钒酸钠、硝酸镧和硝酸铁为原料,以硝酸锂为熔盐,采用低温熔盐法成功制备了La1-xFexVO4 （x = 0.00、0.05、0.10、0.20）纳米粉体和具有钙钛矿结构的LaFeO3纳米粉体;然后通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见分光光谱（UV-Vis）等测试仪器对样品进行表征;最后用所制备的纳米粉体为光催化剂,以罗丹明B水溶液为对象模拟染料废水进行了光催化降解实验。采用单因素实验的方法,考察了不同催化剂、水溶液的pH值、光催化剂的浓度对水溶液中罗丹明B降解率的影响,并初步探讨了LaVO4的光催化机理,具体研究结果如下:（1）采用低温熔盐法合成了结晶良好的单斜晶形LaVO4纳米颗粒,并探讨了不同煅烧温度、先驱体与熔盐比例等对晶体生长和发育的影响。在270°C合成的钒酸镧纳米颗粒大部分呈圆形、直径约为20nm,还存在少量的片状颗粒;随着温度的升高（340°C、400°C）,得到的是形貌单一的圆形颗粒,且有一定程度的长大;熔盐量的增大一定程度上抑制了钒酸镧纳米片的形成,且有利于钒酸镧纳米颗粒的生长;UV-Vis光谱分析表明:340°C下合成的LaVO4纳米粉体具有较好的吸光强度。（2）采用低温熔盐法合成了La1-xFexVO4 （x = 0, 0.05, 0.10, 0.20）连续固溶体。随着x的增大,单斜晶形LaVO4逐渐向四方晶形转变,伴随着形貌由单一的圆形颗粒向纳米棒、纳米片转变;在没有引入Fe3+的情况下仅能得到单斜钒酸镧;引入Fe3+可以很好地将LaVO4稳定在四方相,并且光催化活性得到明显的增强。（3）采用单因素实验的方法,研究了不同的催化剂种类、水溶液的pH值、光催化剂的浓度和不同的罗丹明B溶液浓度对光催化降解率的影响,结果表明:La1-xFexVO4 （x = 0.20）光催化剂在pH值为4、光催化剂浓度为1g/L、处理20mg/L罗丹明B溶液达到处理效果最优值。（4）研究表明LaVO4光催化过程是光催化和光敏化联合作用的结果,其中光敏化起着主导作用;当两者达到平衡后,光催化效果达到最佳值。（5）以硝酸锂为熔盐,采用低温熔盐法合成了LaFeO3光催化剂。熔盐的加入使得LaFeO3粉体形貌得到明显的改善;光催化降解罗丹明B溶液实验表明采用熔盐法制备的LaFeO3纳米粉体具有良好的光催化活性,60min内对罗丹明B水溶液的降解率超过90%。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 光催化技术概述  11-19
    1.2.1 纳米光催化剂的制备方法  11-13
    1.2.2 光催化剂的催化原理  13-15
    1.2.3 提高光催化剂活性的途径  15-18
    1.2.4 光催化剂处理有机废水的研究  18-19
  1.3 钒酸盐、铁酸盐类光催化剂研究进展  19-20
    1.3.1 钒酸盐类光催化剂  19-20
    1.3.2 铁酸盐类光催化剂  20
  1.4 本课题的研究意义及内容  20-22
第2章 光催化剂钒酸镧粉体的制备及表征  22-29
  2.1 引言  22
  2.2 实验  22-28
    2.2.1 实验试剂  22-23
    2.2.2 实验仪器  23
    2.2.3 LaVO_4 粉体的制备  23
    2.2.4 粉体的表征  23-24
    2.2.5 结果与讨论  24-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 光催化剂La_(1-x)Fe_xVO_4粉体的制备及表征  29-35
  3.1 引言  29
  3.2 实验  29-34
    3.2.1 实验试剂  29-30
    3.2.2 实验仪器  30
    3.2.3 La_(1-x)Fe_xVO_4粉体的制备  30-31
    3.2.4 粉体的表征  31
    3.2.5 结果与讨论  31-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章 钒酸镧纳米粉体光催化处理染料废水的研究  35-47
  4.1 引言  35
  4.2 实验目的和方法  35
  4.3 实验  35-39
    4.3.1 实验试剂  35-36
    4.3.2 实验仪器  36
    4.3.3 La_(1-x)Fe_xVO_4 纳米粉体光催化降解罗丹明B 水溶液研究  36-39
  4.4 结果与讨论  39-46
    4.4.1 不同催化剂对光催化效果的影响  39-40
    4.4.2 水溶液pH 值对光催化效果的影响  40-41
    4.4.3 光催化剂浓度对光催化效果的影响  41-42
    4.4.4 不同初始浓度的罗丹明B 水溶液对光催化效果的影响  42-43
    4.4.5 光催化降解罗丹明B 水溶液机理分析  43-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章 铁酸镧纳米粉体的制备及光催化性能研究  47-53
  5.1 引言  47
  5.2 实验  47-52
    5.2.1 实验试剂  47
    5.2.2 实验仪器  47-48
    5.2.3 LaFeO_3粉体的制备  48
    5.2.4 粉体的表征  48-49
    5.2.5 结果与讨论  49-52
  5.3 结论  52-53
第6章 结论  53-55
  6.1 结论  53-54
  6.2 存在的问题  54-55
参考文献  55-63
攻读硕士期间发表学术论文  63-64
致谢  64

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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