钙钛矿型复合氧化物的合成及光催化降解酸性红B的性能研究

摘要

钙钛矿型氧化物(ABO<,3>)不但具有结构稳定,催化活性高等特点,而且可以通过改变A、B原子的类型制备出禁带宽度较窄,能大量吸收太阳光的催化剂.本文以A,B的硝酸盐为原料,以氨水或碳酸钠为沉淀剂,利用混合沉淀的方法合成了系列钙钛矿型氧化物.A选碱土金属元素Mg、Ca、Sr、Ba等及稀土金属元素La;B选过渡金属元素Cr、Mn、Fe、Co、Ni等.活性测试结果表明,A的影响相对较小,B的影响比较显著,总的变化趋势是,随着B原子序数的增大,光催化活性提高.在所有的上述催化剂中,CaNiO3的催化活性最高,XRD,TEM测试结果显示所合成CaNiO<,3>为纯度较高,粒径150~200nm的近球形颗粒.对比测试了CaNiO<,3>与TiO<,2>的光催化活性,结果表明,紫外光照射下二者的活性相当;在模拟太阳光照射下前者的活性高于后者,对酸性红B降解率分别为63﹪和47﹪.合成了CaFe<,x>Ni<,1-x>O<,3>(X=0.1~0.9)型的复合氧化物催化剂,其中CaFe<,0.3>Ni<,0.7>O<,3>在模拟太阳光照射下对酸性红B的降解率可达到91﹪.进一步研究了Co,Ag负载对CaFe<,0.3>Ni<,0.7>O<,3>光催化活性的影响,结果显示负载Co使活性大幅度下降,而负载Ag使活性上升至96﹪以上.研究了紫外光照射下,以CaNiO<,3>为催化剂,光催化降解酸性红B的动力学行为.确定反应级数为1.4,指前因子为:1.01×10<'7>mol<'-0.4>L<'0.4>min<'-1>,活化能Ea为:35.5 kJ·mol<'-1>.对经不同时间降解的酸性红B进行红外以及紫外-可见光谱分析,根据分析结果推测了酸性红B的降解机理.首先是偶氮双键的消失,其次是萘环的断裂以及苯的开环.考察了工艺条件对光催化降解酸性红B的影响:在废水溶液中加入H<,2>O<,2>后光催化活性提高,并且随着加入量的增大有增长的趋势;提高溶液的酸性有利于染料废水的降解;酸性红B废水溶液的初始浓度越高,光催化越难降解.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

§1.1前言

§1.2染料废水及其处理方法

1.2.1染料的分类

1.2.2染料废水的处理方法

§1.3光催化氧化在染料废水处理中的应用

1.3.1光催化氧化反应机理

1.3.2光催化氧化的应用研究

1.3.3应用于染料废水处理中的光催化剂

§1.4光催化降解的动力学研究

§1.5光催化的应用前景及研究方向

§1.6本论文的研究内容及意义

第二章实验部分

§2.1实验仪器与试剂

2.1.1实验仪器

2.1.2试剂

§2.2催化剂的制备

2.2.1 TiO2的制备

2.2.2钙钛矿型复合氧化物(ABO3)制备

§2.3催化剂的活性评价

2.3.1.活性评价方法

2.3.2分析方法简述

§2.4太阳光的模拟

§2.5催化剂的表征

2.5.1 X-射线衍射(XRD)

2.5.2透射电子显微镜

2.5.3傅立叶红外光谱仪

2.5.4热分析

第三章复合氧化物的合成以及活性研究

§3.1酸性B染料的空白对比实验

§3.2 TiO2的合成及光催化活性

§3.3钙钛矿型催化剂的合成及光催化活性

3.3.1钙钛矿型复合氧化物(ABO3)催化剂的合成

3.3.2 CaNiO3光催化性能的研究

3.3.3 TiO2与CaNiO3活性比较

3.3.4 CaFexNi1-xO3(X=0.1～0.9)复合氧化物催化剂

3.3.5负载组份对CaFe0.3Ni0.7O3光催化活性的影响

§3.4本章小结

第四章光催化氧化降解酸性红B反应宏观动力学研究及酸性红B溶液降解机理探讨

§4.1引言

§4.2光催化氧化降解酸性红B宏观反应动力学模型的建立

4.2.1研究方案假设

4.2.2动力学方程式的确定

4.2.3反应级数和反应速率常数的确定

§4.3活化能的确定

§4.4酸性红B溶液降解机理的探讨

§4.5本章小结

第五章光催化反应条件对催化活性的影响

§5.1溶液中加入H2O2的影响

§5.2 PH值的影响

§5.3溶液初始浓度的影响

§5.4催化剂的用量对酸性红B降解率的影响

§5.5光催化反应时间对酸性红B降解率的影响

§5.6本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果