基于粉煤灰微珠载体的TiO2光催化剂制备改性

摘要

ZiO2因具有良好的化学稳定性及耐光腐蚀性，且廉价易得，无毒害，是比较理想的光催化剂，而被广泛应用。但TiO2的禁带较宽(3.2eV)只能被λ＜387nm的紫外光线激发，对太阳能的利用率很低。
　　 本文以（Tx-100、油酸）/正丁醇/环己烷/水为微乳体系，以廉价的TiCl4为钛源，淮南电厂废弃物粉煤灰微珠(cenospheres)为载体，制备了负载型Ce4+、Co2+、La3+、Fe3+掺杂ZiO2光催化剂。考察了单一掺杂和共掺杂、离子掺杂量、溶液pH值、催化剂用量、负载次数及催化剂再生次数等对光催化降解甲基橙降解率的影响。用热分析仪(DSC-TG)判定前驱体的晶化温度;催化剂的物相组成用X-射线衍射(XRD)分析;以傅里叶红外变换光谱(FTIR)对催化剂的特征官能团进行表征;以扫描电子显微镜(SEM)分析粒子形态;以扫描电子显微镜能谱仪(EDS)测定负载型催化剂中各种元素的含量;并用固体紫外漫反射仪(UV-Vis)测定所制备催化剂对光吸收性能。
　　 结果表明，前驱体的焙烧温度和负载次数是影响(La3+，Fe3+)-TiO2/cenospheres催化剂性能的关键因素。焙烧温度决定了TiO2的晶型，在500℃下焙烧后主要是锐钛矿型和金红石型的混晶。一次负载的TiO2包覆率只有35.67％，二次负载的催化剂表面光生电子-空穴增多，并且Ti-O-X（Si、Fe、La等）桥氧键也增多，光催化活性较高。(La3+，Fe3+)-TiO2/cenospheres光催化剂在甲基橙溶液中呈悬浮体系，在不搅拌的条件下也能很均匀的分散在溶液中。当催化剂用量为7.5g/L、溶液pH值为4时，紫外灯照射下反应90min，(La3+，Fe3+)-TiO2/cenospheres复合催化剂对甲基橙的降解率为93.2％。日光下照射6h，催化剂对甲基橙降解率为50.6％。回收再生后，催化剂循环使用四次后活性降低，此时宣布催化报废。
　　 由本研究可知，采用微乳液法可以将La3+、Fe3+共掺杂型纳米TiO2催化剂的制备、改性集于一步完成，方法简单，对设备要求低，解决了催化剂的固定化与回收再利用问题。以粉煤灰微珠为载体，既对电厂排放的废弃物进行了有效的利用，原料来源广泛且廉价，又增加了催化剂的悬浮性，使用效果更好。La3+、Fe3+共掺杂改性使TiO2的光谱吸收范围向可见光范围移动，在可见光下光催化降解能力得到增强。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微乳液

1．1．1 微乳液的概念

1．1．2 反相微乳液(W／O型)的特点

1．1．3 反相微乳液制备纳米微粒的机理

1．1．4 微乳液法制备纳米粒子的方式

1．1．5 反相微乳法影响纳米微粒的主要因素

1．2 纳米TiO2光催化剂的研究现状及应用领域

1．2．1 纳米TiO2的研究进展

1．2．2 纳米TiO2的应用领域

1．3 纳米TiO2光催化剂机理

1．4 影响TiO2光催化剂性能的因素

1．4．1 晶型

1．4．2 晶粒尺寸

1．4．3 晶体缺陷结构

1．5 纳米TiO2光催化剂的负载及固载化技术

1．5．1 TiO2光催化剂的载体

1．5．2 TiO2光催化剂载体的功能

1．6 本课题研究的主要内容

1．7 主要技术路线

2 实验部分

2．1 实验材料

2．2 实验仪器

2．3 原料的选择

2．3．1 载体的选择

2．3．2 微乳体系的制备

2．3．3 钛源

2．3．4 电解质浓度的影响

2．4 实验原理

2．4．1 主要技术路线

2．4．2 催化剂的制备

2．5 催化剂的表征

2．6 催化剂的光催化降解性能

2．6．1 甲基橙最大吸收波长的测定

2．6．2 TiO2标准工作曲线的绘制

3 实验结果与分析

3．1 TiO2／cenospheres光催化剂的表征

3．1．1 TiO2／cenospheres前躯体的热分析(DSC-TG)

3．1．2 TiO2／cenospheres的红外图谱分析(FTIR)

3．1．3 TiO2／cenospheres的扫描电镜能谱分析(EDS)

3．1．4 TiO2／cenospheres扫描电镜图谱(SEM)

3．1．5 TiO2包覆率

3．1．6 小结

3．2 Ce4+-TiO2／粉煤微珠光催化剂的表征及性能分析

3．2．1 Ce4+-TiO2／cenospheres光催化剂的EDS分析

3．2．2 Ce4+-TiO2／cenospheres光催化剂的UV-Vis分析

3．2．3 Ce4+-Ti02／cenospheres光催化降解甲基橙

3．2．4 小结

3．3 CO2+-TiO2／粉煤微珠光催化的表征及性能分析

3．3．1 CO2+-TiO2／cenospheres光催化剂的EDS分析

3．3．2 CO2+-TiO2／cenospheres光催化剂的UV-Vis分析

3．3．3 CO2+-TiO2／cenospheres光催化降解甲基橙

3．3．4 小结

3．4 Fe3+-TiO2／粉煤微珠光催化剂的表征及性能分析

3．4．1 Fe3+-TiO2／粉煤微珠光催化剂的EDS分析

3．4．2 Fe3+-TiO2／粉煤微珠光催化剂的UV-Vis分析

3．4．3 Fe3+-TiO2／cenospheres光催化降解甲基橙

3．4．4 小结

3．5 La3+-TiO2／cenospheres光催化剂的表征及性能分析

3．5．1 La3+-TiO2／cenospheres的EDS能谱分析

3．5．2 La3+-TiO2／cenospheres的UV-Vis分析

3．5．3 La3+-TiO2／cenospheres光催化降解甲基橙

3．5．4 小结

3．6 (Fe3+，La3+)-TiO2／cenospheres光催化剂的表征及性能分析

3．6．1 X射线衍射(XRD)分析

3．6．2 不同再生次数催化剂的SEM分析

3．6．3 (Fe3+，La3+)-TiO2／cenospheres的EDS分析

3．6．4 (Fe3+，La3+)-TiO2／粉煤灰微的UV—Vis分析

3．6．5 (Fe3+，La3+)-TiO2／cenospheres光催化降解甲基橙

3．6．6 小结

4 结论

5 问题与展望

5．1 存在的主要问题

5．2 展望

参考文献

致谢