光催化活性环境矿物材料的制备及应用研究

摘要

光催化氧化技术是近几十年来发展起来的一种深度氧化技术(advancedoxidationprocess，AOP)。它是将特定光源(如紫外光)与催化剂联合作用对有机污染物进行降解处理的过程。利用光催化氧化技术，大多数有机污染物可以被降解为CO2、H2O等无污染的小分子。因此，光催化氧化技术应用于环境污染物的治理已成为环境保护领域研究的热点。 利用这一技术的关键在于光催化材料的制备。因此，制备既高效又经济的光催化材料是目前研究者关心和迫切需要研究的问题。TiO2因其具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、适用范围广、可减少二次污染等优点而被认为是诸多光催化材料中最有应用前途的一种材料，因此是目前研究的热点。本论文介绍了半导体光催化理论、TiO2光催化基本原理、纳米TiO2光催化材料的制备、提高TiO2光催化材料光催化活性的途径、TiO2光催化材料的应用、TiO2光催化材料负载技术的研究进展以及目前存在的问题等。 通过粉碎、分级等手段制备了天然金红石光催化材料。用制备的天然金红石光催化材料处理含偶氮染料废水，结果表明其对偶氮染料的作用既有吸附，也有降解，表明天然金红石光催化材料有一定的光催化活性。 选用四种不同结构和性质的矿物，分别是架状结构的辉沸石、石英，层状结构的累托石、高岭土，采用溶胶-凝胶法制备了矿物负载纳米TiO2光催化材料。用制备的光催化材料处理含偶氮染料废水，结果表明其对偶氮染料废水有较高的脱色率。辉沸石、累托石、高岭土负载纳米TiO2光催化材料对偶氮染料的作用主要为吸附，石英负载纳米TiO2光催化材料对偶氮染料的作用主要为降解。 用γ-巯丙基三甲氧基硅烷对石英进行干法改性，用氧化剂将巯基氧化为磺酸基，通过静电自组装TiO2制备石英表面自组装纳米TiO2光催化材料。用制备的光催化材料处理含偶氮染料废水，结果表明其对偶氮染料废水有较高的脱色率。其对偶氮染料有一定的吸附作用，但主要为降解作用。 运用XRD、XPS等测试手段对制备的光催化材料进行了表征以研究其组成。运用紫外-可见光扫描分析及红外光谱等测试手段研究了制备的光催化材料的光催化脱色作用机理。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1半导体光催化理论

1.2 TiO2光催化原理

1.3纳米TiO2光催化材料的制备

1.3.1粉碎法制备纳米TiO2颗粒

1.3.2造粒法制备纳米TiO2颗粒

1.4提高TiO2光催化材料活性的途径

1.4.1贵金属沉积

1.4.2金属离子和非金属离子掺杂

1.4.3表面光敏化

1.4.4复合半导体

1.5 TiO2光催化材料的应用

1.5.1废水处理

1.5.2空气净化

1.5.3抗菌杀菌

1.6 TiO2光催化材料负载技术研究

1.6.1 TiO2负载所用载体

1.6.2 TiO2的负载方法

1.6.3静电自组装法负载纳米TiO2

1.7目前存在的问题

1.8研究内容及技术路线

第二章实验药剂、设备及方法

2.1化学药剂及仪器设备

2.1.1化学药剂

2.1.2实验设备仪器

2.1.3光催化反应器

2.2天然金红石光催化材料的制备

2.3矿物负载纳米TiO2光催化材料的制备

2.4石英表面自组装纳米TiO2光催化材料的制备

2.4.1石英表面的硅烷偶联剂改性

2.4.2硅烷偶联剂改性石英的氧化

2.4.3 TiO2的静电自组装负载

2.5废水处理实验

第三章天然金红石光催化材料的制备及应用研究

3.1实验用天然金红石的性质

3.2不同粒度天然金红石的脱色效果

3.3不同投加量天然金红石的脱色效果

3.4淬火后天然金红石的脱色效果

3.5空白实验

3.6废水的紫外-可见光扫描分析

3.7本章小结

第四章矿物负载纳米TiO2光催化材料的制备及应用研究

4.1矿物载体的性质

4.1.1辉沸石载体的性质

4.1.2累托石载体的性质

4.1.3高岭土载体的性质

4.1.4石英载体的性质

4.2辉沸石负载纳米TiO2光催化材料

4.2.1不同焙烧温度下制备的辉沸石/纳米TiO2光催化材料的脱色效果

4.2.2空白实验

4.2.3辉沸石及辉沸石/纳米TiO2光催化材料XRD分析

4.2.4辉沸石/纳米TiO2光催化材料处理后废水的紫外-可见光扫描分析

4.2.5处理偶氮染料废水后的辉沸石/纳米TiO2红外光谱分析

4.3累托石负载纳米TiO2光催化材料

4.3.1不同焙烧温度下制备的累托石/纳米TiO2光催化材料的脱色效果

4.3.2空白实验

4.3.3累托石及累脱石/纳米TiO2光催化材料XRD分析

4.3.4累托石/纳米TiO2光催化材料处理后废水的紫外-可见光扫描分析

4.3.5处理偶氮染料废水后的累托石/纳米TiO2红外光谱分析

4.4高岭土负载纳米TiO2光催化材料

4.4.1不同焙烧温度下制备的高岭土/纳米TiO2光催化材料的脱色效果

4.4.2空白实验

4.4.3高岭土及高岭土/纳米TiO2光催化材料XRD分析

4.4.4高岭土/纳米TiO2光催化材料处理后废水的紫外-可见光扫描分析

4.4.5处理偶氮染料废水后的高岭土/纳米TiO2外光谱分析

4.5石英负载纳米TiO2光催化材料

4.5.1不同焙烧温度下制备的石英/纳米TiO2光催化材料的脱色效果

4.5.2空白实验

4.5.3石英及石英/纳米TiO2光催化材料XRD分析

4.5.4石英/纳米TiO2光催化材料处理后废水的紫外-可见光扫描分析

4.6本章小结

第五章石英表面自组装纳米TiO2光催化材料的制备及应用研究

5.1硅烷偶联剂改性实验

5.1.1改性剂投加量实验

5.1.2改性温度实验

5.1.3改性时间实验

5.2硅烷偶联剂改性石英的氧化实验

5.3不同焙烧温度下制备的石英表面自组装纳米TiO2光催化材料的脱色效果

5.4空白实验

5.5废水的紫外-可见光扫描分析

5.6本章小结

第六章结论

参考资料

致谢

附录：硕士研究生期间发表论文