静电纺丝技术制备稀土掺杂二氧化钛纳米纤维与光催化性能研究

摘要

纳米TiO2光催化降解污染物是一项新兴的颇有发展前途的环境友好催化新技术。一维纯TiO2及稀土掺杂TiO2纳米纤维是一种有发展前途的新型光催化剂，引起了人们的广泛关注。近年来，静电纺丝技术得到科学家们的高度重视，已经成为制备一维无机氧化物纳米纤维的重要方法之一。因此，采用静电纺丝技术制备纯TiO2及稀土掺杂TiO2纳米纤维并研究其光催化性能，将是一个十分重要的研究课题。 本文中采用溶胶-凝胶法制备出具有一定粘度的前驱体溶液，采用静电纺丝技术制备了PVP/[Ti(SO4)2+Gd(NO3)3]、PVP/[Ti(SO4)2+La(NO3)3]、PVP/[Ti(SO4)2+Y(NO3)3]和PVP/Ti(SO4)2复合纤维，获得了制备复合纤维的最佳工艺条件。经过高温焙烧获得了TiO2、Gd/TiO2、La/TiO2和Y/TiO2纳米纤维。采用FESEM、TEM、XRD、TG-DTA和FTIR等分析手段对样品进行了系统地表征。结果表明，复合纤维分散较好，有较大的长径比，平均直径为150-200nm；稀土掺杂TiO2纳米纤维的直径约为50-75nm，长度大于300μm。 文中以甲基橙、罗丹明B、苯酚和感光废液为目标降解物，研究了TiO2、Gd/TiO2、La/TiO2和Y/TiO2纳米纤维的光催化活性。结果表明，催化剂的浓度、降解液盼pH、稀土离子的掺杂量和焙烧温度对光催化性能有一定影响。通过UV-Vis分析发现：4种光催化剂对不同降解物均表现出一定的光催化活性。掺杂摩尔分数(下同)为1.5％Y3+的光催化剂对罗丹明B的降解效率较高，掺杂1.0％Gd3+的光催化剂对甲基橙、苯酚和感光废液具有较好的降解活性，因此，掺杂不同稀土氧化物的纳米TiO2光催化剂对不同有机物具有选择性降解活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1纳米TiO2的结构

1.1.1锐钛矿

1.1.2金红石

1.1.3板钛矿

§1.2纳米TiO2的光催化机理

§1.3纳米TiO2的性能和应用

1.3.1在环保领域中的应用

1.3.2在功能纺织品中的应用

1.3.3杀菌与抗癌

1.3.4化妆品

1.3.5建材与涂料

1.3.6光电催化分解水制氢

§1.4提高TiO2光催化活性的途径

1.4.1纳米TiO2的掺杂机理

1.4.2纳米TiO2改性掺杂研究进展

§1.5静电纺丝技术制备金属离子掺杂TiO2纳米纤维的概况

1.5.1过渡金属离子掺杂TiO2纳米纤维的制备

1.5.2稀土离子掺杂TiO2纳米纤维的制备

§1.6本论文研究的目的及意义

第二章实验试剂、仪器及表征方法

§2.1主要实验试剂

§2.2实验设备与仪器

§2.3表征方法

2.3.1透射电子显微(TEM)分析

2.3.2场发射扫描电子显微(FESEM)分析

2.3.3 X射线衍射(XRD)分析

2.3.4生物显微分析

2.3.5差热-热重分析

2.3.6红外光谱分析

2.3.7紫外可见光谱分析

第三章Gd／TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能研究

§3.1引言

§3.2光催化剂的制备

3.2.1前驱体溶液的配制

3.2.2静电纺丝技术制备复合纤维

3.2.3 Gd／TiO2纳米纤维的制备

3.2.4样品的光催化活性评价

§3.3催化剂的表征

3.3.1最佳实验条件的确定

3.3.2差热-热重分析(TG-DTA)

3.3.3 X射线衍射分析(XRD)

3.3.4红外光谱分析(FTIR)

3.3.5催化剂的紫外-可见光谱分析(FTIR)

3.3.6场发射扫描电子显微分析(FESEM)

3.3.7透射电子显微分析(TEM)

3.3.8 Gd／TiO2纳米纤维的可能形成机理

§3.4光催化降解罗丹明B

3.4.1催化剂用量对光催化效果的影响

3.4.2降解液pH值对光催化效果的影响

3.4.3 Gd3+掺杂量对光催化效果的影响

3.4.4焙烧温度对光催化效果的影响

§3.5光催化降解甲基橙

3.5.1催化剂用量对光催化效果的影响

3.5.2降解液pH值对光催化效果的影响

3.5.3 Gd3+掺杂量对光催化效果的影响

3.5.4焙烧温度对光催化效果的影响

§3.6光催化降解苯酚

3.6.1 Gd3+掺杂量对光催化效果的影响

3.6.2焙烧温度对光催化效果的影响

§3.7本章小结

第四章La/TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能研究

§4.1引言

§4.2光催化剂的制备

4.2.1前驱体溶液的配制

4.2.2静电纺丝技术制备复合纤维

4.2.3 La／TiO2纳米纤维的制备

4.2.4样品的光催化活性评价

§4.3催化剂的表征

4.3.1差热-热重分析(TG-DTA)

4.3.2 X射线衍射分析(XRD)

4.3.3红外光谱分析(FTIR)

4.3.4场发射扫描电子显微分析(FESEM)

§4.4光催化降解罗丹明B

4.4.1 La3+掺杂量对光催化效果的影响

4.4.2焙烧温度对光催化效果的影响

§4.5光催化降解甲基橙

4.5.1 La3+掺杂量对光催化效果的影响

4.5.2焙烧温度对光催化效果的影响

§4.6光催化降解苯酚

4.6.1 La3+掺杂量对光催化效果的影响

4.6.2焙烧温度对光催化效果的影响

§4.7本章小结

第五章Y／TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能研究

§5.1引言

§5.2光催化剂的制备

5.2.1前驱体溶液的配制

5.2.2静电纺丝技术制备复合纤维

5.2.3 Y/TiO2纳米纤维的制备

5.2.4样品的光催化活性评价

§5.3催化剂的表征

5.3.1 X射线衍射分析(XRD)

5.3.2红外光谱分析(FTIR)

5.3.3场发射扫描电子显微分析(FESEM)

§5.4光催化降解罗丹明B

5.4.1 Y3+掺杂量对光催化效果的影响

5.4.2焙烧温度对光催化效果的影响

§5.5光催化降解甲基橙

5.5.1 Y3+掺杂量对光催化效果的影响

5.5.2焙烧温度对光催化效果的影响

§5.6光催化降解苯酚

5.6.1 Y3+掺杂量对光催化效果的影响

5.6.2焙烧温度对光催化效果的影响

§5.7 Y3+掺杂机理探讨

§5.8本章小结

第六章Ln／TiO2纳米纤维光催化降解感光废液的研究

§6.1引言

§6.2光催化性能研究

6.2.1稀土离子掺杂量对光催化效果的影响

6.2.2焙烧温度对光催化效果的影响

6.2.3稀土离子种类对光催化效果的影响

§6.3本章小结

第七章结论

致 谢

参考文献

附 录