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FeTiO₃矿物合成及光催化性实验研究

作　者: 时代
导　师: 杨合
学　校: 东北大学
专　业: 环境科学
关键词: FeTiO3矿物锻烧亚甲基蓝紫外光可见光降解率
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文系统地研究了FeTiO3矿物光催化剂的制备、结构与光催化活性之间的构效关系,并以亚甲基蓝降解率为评价指标,进行了FeTiO3矿物光催化性的实验研究。这对于光催化材料的开发和应用及处理印染废水有着重要的指导意义。首先,以TiO2与Fe2O3纯物质为原料,利用XRD、SEM、UV-Vis-DRS、FTIR等分析方法对FeTiO3矿物的化学成分和矿物组成进行分析,确定了FeTiO3矿物光催化材料作为光催化剂的可行性。研究了不同温度下生成的FeTiO3矿物光催化剂中晶相结构、表面形貌、煅烧温度、保温时间等因素对其光催化活性的影响。通过对比合成的各种催化剂的光催化活性,选出在1500℃下煅烧4h生成的FeTiO3矿物的光催化活性最高,作为本实验的光催化剂。系统地研究了FeTiO3矿物的吸附性能,探讨了初始浓度、催化剂投加量、溶液pH值等方面因素对催化剂降解亚甲基蓝的影响；探讨了吸附等温线模型、表观吸附动力学模型、热力学参数以及吸附机理。结果表明,酸性条件环境易于亚甲基蓝的降解；增加吸附剂投加量有利于亚甲基蓝的降解。系统地研究了分别在紫外光和可见光照射下,FeTiO3矿物光催化剂光催化降解亚甲基蓝单一体系的可行性。研究了光波长和强度、溶液pH、酸介质、初始浓度、催化剂的使用寿命和分离效果等方面因素对FeTiO3矿物催化剂光催化降解亚甲基蓝单一体系的影响；探讨了FeTiO3矿物光催化降解亚甲基蓝的机理,进行了表观动力学分析。结果表明,光源的波长越短、光强越强、酸性越强,亚甲基蓝的光催化降解率就越高；不同酸介质对FeTiO3矿物催化剂光催化还原亚甲基蓝的促进作用按PO43-<NO3-<SO42-<Cl-逐渐增强；溶液的初始浓度对亚甲基蓝光催化降解率影响很大；根据正交实验结果分析,不同因素对亚甲基蓝光催化降解效率的影响程度为：初始浓度>催化剂投加量>pH值>光照时间；亚甲基蓝单一体系中亚甲基蓝的光催化还原过程遵循L-H动力学规律。与可见光照射处理亚甲基蓝相比,紫外光照射处理亚甲基蓝废水的处理效果更加明显,降解率更高。但实际应用处理过程中,紫外光照射运行成本比较高,实验条件严苛,运行困难,具有较低的实际意义。而可见光照射处理亚甲基蓝废水更加具有实际应用价值,我们可以充分利用实际生活中的太阳光来作为可见光源,加入光催化剂,对印染废水进行光催化处理。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-13
第1章绪论  13-26
  1.1 引言  13
  1.2 钛精矿研究现状  13-15
    1.2.1 钛精矿的化学成分和矿物组成  13-14
    1.2.2 钛精矿研究现状  14-15
  1.3 光催化材料的研究进展  15-24
    1.3.1 半导体光催化材料的性质  15-16
    1.3.2 TiO_2光催化机理  16-18
    1.3.3 TiO_2结构对光催化性能的影响  18-19
    1.3.4 TiO_2催化剂表面的螯合和衍生作用  19-20
    1.3.5 金属离子掺杂改性处理TiO_2催化剂  20
    1.3.6 钙钛矿型光催化剂的结构及其制备方法  20-24
  1.4 复合光催化体系在提高TiO_2光催化性能中的应用  24-25
    1.4.1 光催化与氧化剂组合  24
    1.4.2 光催化与空穴清除剂组合  24-25
    1.4.3 光催化与电化学组合  25
  1.5 本课题的提出与主要研究内容  25-26
第2章光催化性实验方法  26-31
  2.1 FeTiO_3矿物合成光催化性表征方法  26-29
    2.1.1 实验装置与方法  26-28
    2.1.2 吸收曲线和标准曲线  28-29
  2.2 光催化剂的结构与性能表征  29-30
    2.2.1 X射线衍射(XRD)  29-30
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  30
    2.2.3 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)  30
    2.2.4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)  30
  2.3 光催化活性的评价方法  30-31
第3章 FeTiO_3矿物的合成及光催化性  31-42
  3.1 引言  31
  3.2 光催化剂FeTiO_3矿物的制备方法  31
  3.3 相同温度下,煅烧保温时间对FeTiO_3矿物的影响  31-33
  3.4 各煅烧温度下FeTiO_3矿物的晶相结构  33-35
  3.5 各煅烧温度下FeTiO_3矿物的形貌  35-38
  3.6 不同煅烧温度的光催化剂FeTiO_3矿物的光吸收特性  38-39
    3.6.1 不同煅烧温度的光催化剂FeTiO_3矿物的光吸收特性  38-39
    3.6.2 FeTiO_3矿物光催化剂的光催化活性评价  39
  3.7 钛精矿形貌结构与光催化活性分析  39-41
    3.7.1 钛精矿的结构与形貌  39-40
    3.7.2 钛精矿的光催化特性  40-41
  3.8 本章小结  41-42
第4章紫外光源光催化降解亚甲基蓝的研究  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 实验材料和方法  42-43
    4.2.1 材料  42
    4.2.2 FeTiO_3矿物的制备方法  42
    4.2.3 光催化实验装置及实验过程  42
    4.2.4 光催化剂FeTiO_3矿物的使用寿命和分离性能  42-43
    4.2.5 分析方法  43
  4.3 实验结果与讨论  43-54
    4.3.1 空白实验  43
    4.3.2 光源对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  43
    4.3.3 光强对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  43-45
    4.3.4 光照时间对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  45
    4.3.5 pH对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  45-47
    4.3.6 酸介质对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  47-49
    4.3.7 催化剂投加量对光催化降解亚甲基蓝的影响  49-50
    4.3.8 亚甲基蓝初始浓度对FeTiO_3矿物光催化降解的影响  50
    4.3.9 循环流量对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  50-51
    4.3.10 光催化剂FeTiO_3矿物的使用寿命和分离性能  51-52
    4.3.11 亚甲基蓝单一体系正交试验设计  52-54
    4.3.12 吸附动力学分析  54
  4.4 本章小结  54-56
第5章可见光源光催化降解亚甲基蓝的研究  56-64
  5.1 引言  56
  5.2 实验材料和方法  56-57
    5.2.1 材料  56
    5.2.2 FeTiO_3矿物的制备方法  56
    5.2.3 光催化实验装置及实验过程  56
    5.2.4 光催化剂FeTiO_3矿物的使用寿命和分离性能  56-57
    5.2.5 分析方法  57
  5.3 实验结果与讨论  57-62
    5.3.1 空白实验  57
    5.3.2 光源对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  57
    5.3.3 光照时间对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  57-58
    5.3.5 pH对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  58-59
    5.3.6 酸介质对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  59-60
    5.3.7 催化剂投加量对光催化降解亚甲基蓝的影响  60-61
    5.3.8 亚甲基蓝初始浓度对FeTiO_3矿物光催化降解的影响  61
    5.3.9 循环流量对FeTiO_3矿物光催化降解亚甲基蓝的影响  61-62
    5.3.10 光催化剂FeTiO_3矿物的使用寿命和分离性能  62
  5.4 可见光照射与紫外光照射对亚甲基蓝降解效率的对比  62
  5.5 本章小结  62-64
第6章结论  64-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
硕士期间发表论文  74-75
作者简介  75

FeTiO3矿物合成及光催化性实验研究

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