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介孔钛酸铁凹土复合材料的合成及其可见光光催化性能研究(附件)

2020-12-22 16:22编辑: www.51jrft.com51今日论文网
目 录
1引言 1
1.1半导体光催化 1
1.1.1半导体光催化技术 1
1.1.2半导体光催化机理 2
1.1.3半导体光催化剂的种类 3
1.2钛酸铁光催化剂 4
1.2.1钛酸铁光催化剂结构 4
1.2.2钛酸铁光催化剂的应用及研究进展 5
1.2.3介孔钛酸铁 5
1.3凹土基光催化剂 6
1.3.1凹土简介 6
1.3.2凹土基复合光催化剂 6
1.4总结 7
2实验部分 7
2.1原料及试剂 7
2.2仪器和设备 8
2.3实验方案 8
2.3.1实验思路 8
2.3.2实验流程 9
2.4实验步骤 9
2.4.1凹土酸化处理 9
2.4.2介孔钛酸铁的制备 9
2.4.3介孔钛酸铁的优化 9
2.4.4钛酸铁/凹土复合可见光催化剂的制备 10
2.5分析与检测 11
2.5.1XRD分析 11
2.5.2扫描电子显微镜 11
2.5.3 BET分析 11
2.5.4 紫外可见漫反射分析 11
2.5.5钛酸铁光催化活性分析 11
3结果与讨论 11
3.1XRD分析 11
3.2扫描电子显微镜分析 13
3.3BET分析 14
3.4紫外可见漫反射分析 15
3.5钛酸铁光催化活性分析 16
3.5.1FeTiO3和FeTiO3/AT光催化性能 16
3.5.2光催化剂浓度的影响 17
3.5.3模板剂碳链的影响 18
3.5.4模板剂浓度的影响 19
3.5.5Fe/Ti浓度比影响 20
3.5.6焙烧温度的影响 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 引言
目前,随着水环境中微量有
 

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16
3.5.2光催化剂浓度的影响 17
3.5.3模板剂碳链的影响 18
3.5.4模板剂浓度的影响 19
3.5.5Fe/Ti浓度比影响 20
3.5.6焙烧温度的影响 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 引言
目前,随着水环境中微量有机污染物的不断增加,严重破坏了水生态系统的平衡,威胁了人类的健康安全,其中抗生素和染料类有机污染物已成为近年来的关注热点。半导体催化技术可以通过太阳能来降解有机污染物,这对全球能源发展和环境治理具有重要意义。近年来,由于传统处理方法的去除效果不好,出现了臭氧氧化法、高温深度氧化法、光催化氧化法、超声波降解法等一些物理化学技术手段,其中,光催化氧化技术备受人们关注[1]。光催化技术是通过利用光生空穴的强氧性将有机污染物降解为水和二氧化碳等无机小分子,该技术适用范围广,能处理多种污染物,特别是对于难降解的有机污染物具有很好的氧化分解作用,因此备受青睐[2-4]。目前使用最普遍的光催化剂是TiO2,TiO2以其独特的能带位置和表面结构特征,以及其延伸的化学稳定性和无毒性,被视为一种优良的光催化剂。但是由于TiO2的带隙大,只能利用紫外区域的光子,限制了其在室外或室内的实际应用。同时,TiO2还具有产生的电子和空穴很容易复合和量子产率较低等缺点。因此,新型高效光催化剂的研制成为人们关注的新焦点。其中,ABO3型钙钛矿型复合氧化物以其晶体结构稳定和催化活性优良等优点,在光催化领域具有广阔的应用前景。
介孔钛酸铁/凹土光催化剂是一种特殊的ABO3型钙钛矿型复合氧化物,利用钛酸铁高效的可见光响应范围,提高可见光的利用率;同时利用凹土的大比表面积来提升催化性能。
1.1 半导体光催化
1.1.1 半导体光催化技术
光催化技术是于上世纪70年代兴起的一种基础纳米技术,可用于污染治理、自清洁材料、分解水制氢、太阳能电池、金属防腐蚀等多个重要领域。光催化技术的原理有三种,一是通过高能光波照射污染物,导致污染物直接参与光解反应;二是通过一定能量的光波激发半导体催化剂,使其能进行氧化还原反应,从而降解污染物;三是高能光子被植物吸收后,产生生物和化学效应,达到降解有机物的目的[5]。目前,光催化技术具有节能、高效、易操作、广阔的应用范围等优点,在环境污染治理以及染料降解等方面有良好的效果和广阔的应用前景。
1.1.2 半导体光催化机理
半导体光催化剂的特殊能带结构决定了它的性能[6]。半导体光催化剂的能带是由两种能带构成的,一种是充满电子的低能价带(VB),另一种是空的高能价带(CB)。它们之间的区域为禁带(Eg)。当照射半导体光催化剂的光子能量大于或等于半导体禁带宽度时,处于价带的电子受激发跃迁到导带,成为带负电荷的光生电子(e-),具有强还原性,能还原催化剂表面的电子受体;因此在价带上会产生相应的带正电的空穴(h+),易捕获与之能量相匹配的电子而复原,具有强氧化性,能够通过接受来自溶剂或被吸附物质中的电子来氧化不吸收光的物质。其中,捕获和复合的竞争过程在整个光催化反应中是最主要且也是最重要的。只有只有光生空穴的捕获并与供体和受体发生作用才是有效的,即当氧化还原反应速度要远大于电子-空穴对的复合速度,光催化反应才能进行。当电子-空穴对复合几率越小,光催化剂的催化活性会越高。
半导体光催化反应过程如下[7-10]:
半导体光催化剂+hv→半导体光催化剂+h++e-
h+将催化剂表面的H2O转化为烃基自由基(.OH)
h++H2O→.OH+H+
e-与O2反应生成超氧阴离子自由基(.O2-)
e-+O2→.O2-
光生空穴与OH-进一步进行氧化反应,超氧自由基与H+反应,均生成了活性高的烃基自由基。
.O2-+H+→HO2。
2HO2。→O2+H2O2
O2+H2O2→.OH+OH-+O2
H2O2+hv→2.OH
.OH使有机物最终降解为无机小分子CO2和H2O

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