铌酸钠铁电纳米材料机械催化和热催化染料降解研究

摘要

近年来，纺织工业的有机染料废水造成了非常严重的环境污染问题和人类健康问题。迄今为止，科学家们已经开发出物理、化学和生物等多种染料废水处理技术，但仍存在许多问题。众所周知，振动能和热能是日常生活环境中非常普遍的两种能源。通过收集环境中的振动能和热能，两种新的环境友好型的染料废水处理方法一机械催化和热催化被设计出来。本论文主要研究了NaNbO3铁电纳米材料的制备以及其热催化性能和机械催化性能。具体内容如下:
　　1、NaNbO3铁电纳米材料在室温温差下热催化降解染料
　　水热合成了NaNbO3铁电纳米材料，以浓度为～5mg/L罗丹明B有机染料的水溶液作为降解目标，研究了NaNbO3铁电纳米材料的热催化性能。热催化染料降解主要归因于热释电材料的热释电效应和电化学氧化还原作用。此外，颗粒形貌对热催化性能的影响也被研究。在23-50℃的冷-热循环下，NaNbO3纳米棒，纳米片和纳米立方体对于罗丹明B染料的热催化降解率分别为96％，76％和33％。这主要归因于不同的催化剂形貌导致的比表面积的差异对催化剂表面化学活性的影响。
　　2、NaNbO3铁电纳米材料机械催化降解染料
　　以浓度为～5mg/L罗丹明B有机染料的水溶液作为降解目标，经过持续120min的振动催化，罗丹明B溶液的降解率达80％以上。此外，中间产物强氧化活性物种羟基自由基也被捕捉到，这表明压电效应对于实现机械催化的重要作用。催化剂的重复利用性能也被加以实验研究。回收的NaNbO3纳米材料在经过4次催化实验后，对罗丹明B溶液机械催化降解率仍达到75％以上。
　　3、NaNbO3铁电纳米材料的机械-热联合催化降解染料
　　利用NaNbO3纳米棒的压电、热释电效应，对其进行机械-热联合催化降解染料的性能测试，探究机械，热联合催化效应对催化效率的影响。对于罗丹明B染料，NaNbO3纳米棒的热催化、机械催化，机械-热联合催化降解率分别为63％，75％和87％。机械，热联合催化的降解率高于单一的机械催化或者热催化。

目录

摘要

1绪论

1．1前言

1．2铁电、压电、热释电效应简介

1．2．1铁电效应(Ferroelectric effect)

1．2．2热释电效应(Pyroelectric effect)

1．2．3压电效应(Piezoelectric effect)

1．2．4铌酸盐铁电材料简介

1．3压电、热释电效应简介

1．3．2机械催化(Mechano-catalysis)

1．3．3机械催化、室温热催化技术的研究现状

1．4本论文的研究内容

2样品的制备与性能表征

2．1实验方案设计

2．2化学原料及实验仪器

2．1．1化学原料

2．1．2实验仪器

2．2样品的制备

2．3测试技术与方法

2．3．1 X射线衍射

2．3．2铁电性能测试

2．3．3 XPS测试

2．3．4 SEM+EDS测试

2．3．6吸收光谱以及发射光谱性能测试

3 NaNbO3室温热催化以及形貌对其热催化性能的影响

3．1引言

3．2实验过程

3．3 NaNbO3室温热催化实验结果与分祈

3．3．1 NaNbO3的相结构及SEM表征

3．3．2 NaNbO3的热催化性能以及形貌对热催化性能的影响

3．4本章小结

4 NaNbO3纳米棒机械催化

4．3 NaNbO3纳米棒的机械催化实验结果与分祈

4．4本章小节

5 NaNbO3纳米棒机械-热联合催化

5．3 NaNbO3纳米棒的机械-热联合催化实验结果与分祈

5．4本章小结

6总结及展望

6．1主要内容总结

6．2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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