硫掺杂稻壳负载二氧化钛光催化材料的固相制备及特性研究

摘要

二氧化钛光催化剂因其禁带宽度较大，只能利用太阳频谱范围约4％的紫外光，使用后很难分离回收，在一定程度上限制了它的生产应用。针对以上缺点，本文以钛酸四丁酯为钛源，五水硫代硫酸钠为硫源，稻壳为载体，采用固相方法制备具有可见光催化活性并易于回收利用的硫掺杂稻壳负载的二氧化钛复合光催化剂(S-TiO2/RH)。研究结论如下:
　　(1)试验五种S-TiO2/RH复合光催化剂的固相制备工艺，对比各工艺样品对刚果红溶液的可见光使用降解效果，结果表明以研钵研磨发生水解反应，前驱体负载稻壳的制备方式最佳。制备流程为:在玻璃研钵中研磨钛源和硫源，再静置陈化、升温加速反应、洗涤干燥后与预处理后的稻壳混合球磨，压片、煅烧后制得S-TiO2/RH复合型光催化剂。
　　(2)对TiO2光催化剂进行掺杂改性，结果表明:非金属硫的掺杂使得催化剂的吸收带边发生红移，具备一定的可见光降解活性。对S-TiO2光催化剂进行稻壳负载，表明稻壳的负载不仅满足原光催化剂应当具备的性质，同时稻壳与S-TiO2颗粒间发生较强的结合实现较好的固定，提高了材料的分散性、比表面积和吸附性能。
　　(3)煅烧温度主要影响二氧化钛的晶型构成。当煅烧温度为500℃时，晶体发育完善无团聚现象，样品在紫外可见光谱中红移程度最大，同时对刚果红的总去除率最高，因此煅烧温度以500℃为宜。考察煅烧时间的影响，时间为4h的样品在紫外可见光谱中红移程度最大，对染料的总去除率最高，则煅烧时间以4h为宜。
　　(4)稻壳负载时，300℃-800℃煅烧范围内TiO2始终出现罕见的板钛矿相，可能是稻壳煅烧后的稻壳灰具有大量孔隙及高比表面积，其独特结构使得板钛矿相易于在相界面上成核，晶核生长逐步扩散到锐钛矿相的内部发生了锐钛矿相向板钛矿相的转变。
　　(5)当煅烧温度为500℃，煅烧时间为4h时，制得54％锐钛矿相和46％板钛矿相的S-TiO2/RH样品，红外光谱上出现代表Ti-O-Si键和Ti-O-S键的特征峰，表明载体中的Si和硫源中的S进入TiO2晶格中形成缺陷。
　　(6) S-TiO2/RH复合光催化剂对刚果红溶液的最佳吸附与降解条件:光催化剂用量为1.5 g/L、溶液的初始浓度为20 mg/L、溶液初始pH值为7。光催化剂经5次循环后，其光催化降解能力没有减弱，使用寿命较长。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 二氧化钛光催化技术的发展与应用

1．1．1 二氧化钛光催化技术的发展

1．1．2 二氧化钛光催化技术的应用

1．2 二氧化钛的光催化原理

1．2．1 晶型以及晶型与性能的关系

1．2．2 二氧化钛的光催化原理

1．3 二氧化钛的制备方法

1．3．1 气相法

1．3．2 液相法

1．3．3 固相法

1．4 二氧化钛的改性技术

1．4．1 二氧化钛的掺杂改性

1．4．2 二氧化钛的负载改性

1．5 论文的立题思想与主要内容

第二章 实验材料及测试方法

2．1 试验试剂、设备及分析方法

2．2 催化剂的表征

2．2．1 X-射线衍射物相分析

2．2．2 形貌分析

2．2．3 氮气等温吸附测比表面积

2．2．4 紫外可见吸收光谱分析

2．2．5 傅里叶变换红外光谱分析

2．3 可见光催化活性的评价

2．4．1 刚果红溶液的标准曲线

2．4．2 可见光降解刚果红试验

2．4．3 刚果红脱色率的测定

第三章 硫掺杂稻壳负载二氧化钛复合光催化剂的固相合成

3．1 S-TiO2／RH的固相合成反应

3．1．1 稻壳的预处理

3．1．2 固相合成机理

3．2 固相合成S-TiO2／RH工艺的确定

3．2．1 不同固相合成工艺路线

3．2．2 不同工艺制备样品的光催化活性

3．2．3 最佳合成工艺

3．3 工艺条件的影响

3．3．1 硫掺杂的影响

3．3．2 稻壳负载的影响

3．3．3 煅烧温度的影响

3．3．4 煅烧时间的影响

3．4 板钛矿相的形成及影响分析

3．4．1 板钛矿相的形成分析

3．4．2 板钛矿相对光催化性能的影响分析

3．5 小结

第四章 硫掺杂稻壳负载二氧化钛复合光催化剂的特性研究

4．1 X-射线衍射物相分析

4．2 形貌分析

4．3 傅里叶红外光谱分析

4．4 紫外可见吸收光谱分析

4．5 对刚果红溶液的吸附与降解

4．5．1 空白试验

4．5．2 影响刚果红溶液吸附与降解效果的因素

4．5．3 光催化剂的重复使用

4．6 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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