电极性矿物材料表面光催化功能膜研究

摘要

本工作利用电气石矿物材料的天然电极性、辐射红外线性能和TiO<,2>的光催化性能,研制以电气石为载体,TiO<,2>薄膜和[TiO<,2>,SiO<,2>]复合薄膜为催化剂的新型复合催化材料.研究材料的制备技术、结构、性能及电气石表面TiO<,2>晶体生长机理、电气石增强TiO<,2>光催化效率机理.用溶胶—凝胶技术在紫铜网表面成功生长电气石/TiO<,2>复合薄膜,该复合膜中电气石微粒表面形成了TiO<,2>空心球簇结构和TiO<,2>层状微粒簇结构.空心球平均粒径为2μm;TiO<,2>微粒簇平均直径为10μm,TiO<,2>微粒平均粒径为2μm,阶梯层厚度为10nm,表面凸起平均粒径15nm.研究表明,电气石/TiO<,2>复合薄膜的光催化效率比不含电气石的TiO<,2>薄膜提高15.6﹪.电气石/[TiO<,2>,SiO<,2>]复合催化剂的最佳制备工艺参数为:[TiO<,2>,SiO<,2>]复合膜中SiO<,2>的质量分数为10﹪,热处理温度为600℃,热处理时间为3h.该复合催化剂对初始浓度为10mg/L的甲基澄溶液的光催化降解率(3h)达到97﹪以上,比电气石/TiO<,2>复合催化剂提高14.3﹪.通过电气石促进TiO<,2>光催化反应机理的研究发现,在电气石/TiO<,2>光催化剂体系中,电气石天然电场不仅能够吸引并牢固的捕获由TiO<,2>在紫外线激发下产生的光生电子,避免光生电子和光生空穴发生再复合反应,而且能够电离水分子,促进羟基自由基的生成.同时,电气石辐射的红外线能够降低水分子团的直径,引起有机高分子强烈共振,加速光催化反应速度.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章绪论

§1.1研究背景及意义

§1.2总体思路和主要研究内容

1.2.1总体思路

1.2.2主要研究内容

第二章国内外研究现状

§2.1TiO2光催化技术

2.1.1 TiO2光催化机理

2.1.2 TiO2光催化技术应用

2.1.3 TiO2光催化技术的研究方向

§2.2TiO2的光电组合催化技术

2.2.1光电组合催化机理及技术特点

2.2.2光电组合催化技术发展现状

2.2.3应用前景展望

§2.3电气石矿物材料

2.3.1电气石矿物简介

2.3.2电气石矿物的晶体结构特征

2.3.3电气石矿物的化学组成、分类和基本性能

2.3.4电气石矿物材料的特性

§2.4小结

第三章实验部分

§3.1实验原料和设备

3.1.1实验原料

3.1.2实验设备和仪器

3.1.3检测设备和仪器

§3.2主要研究方法及工艺流程

3.2.1 Ti-Si烷复合树脂制备工艺

3.2.2电气石/TiO2复合溶胶

3.2.3电气石表面TiO2薄膜

3.2.4电气石表面[TiO2,SiO2]复合薄膜

§3.3性能检测和表征

3.3.1扫描电镜分析

3.3.2紫外可见吸收光谱分析

3.3.3红外线辐射率

3.3.4水中溶解氧

3.3.5电气石表面生长TiO2膜的光催化活性

3.3.6电气石表面生长[TiO2,SiO2]膜的光催化活性

3.3.7复合树脂薄膜抗紫外线性能

3.3.8复合树脂恒温储存

第四章电气石表面TiO2膜的研究

§4.1电气石表面TiO2膜的制备

4.1.1电气石/TiO2复合溶胶的制备

4.1.2电气石/TiO2复合薄膜制备

§4.2电气石表面TiO2膜的显微结构

4.2.1电气石阴极表面TiO2膜的显微结构

4.2.2电气石阳极表面TiO2膜的显微结构

§4.3电气石表面TiO2膜的晶体生长机理

4.3.1阴极电场影响

4.3.2阳极电场影响

§4.4电气石表面TiO2膜的光催化活性研究

4.4.1电气石阴极表面TiO2膜的光催化活性

4.4.1电气石阳极表面TiO2膜的光催化活性

小结

第五章电气石表面[TiO2，SiO2]复合膜的研究

§5.1电气石/[TiO2,SiO2]复合催化剂的光催化活性

5.1.1 SiO2的质量分数对光催化活性影响

5.1.2热处理温度对光催化活性的影响

§5.2电气石/[TiO2,SiO2]复合催化剂对水中溶解氧的影响

§5.3电气石/[TiO2，SiO2]复合催化剂的电极性研究

§5.4电气石/[TiO2，SiO2]复合催化剂的紫外-可见光吸收率

小结

第六章电气石促进TiO2光催化反应机理

§6.1电气石天然电场的影响

6.1.1促进羟基自由基的生成

6.1.2吸附反应物

§6.2电气石辐射远红外线的影响

6.2.1降低水分子的缔合度

6.2.2增加水中溶解氧含量

6.2.3活化有机物

小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果