為解決納米光催化粉體在使用過程中的催化劑流失問題,提高催化劑的光催化性能,本文就如下幾個內(nèi)容進(jìn)行了研究: (1)以多孔泡沫鎳為載體,采用水熱合成法制備了單一 Pb、Sr、Ag、F摻雜改性和Pb與F共摻雜、Sr與F共摻雜改性、Ag與F共摻雜改性的金屬載體納米TiO<,2>光催化復(fù)合材料,并對樣品進(jìn)行了煅燒處理。對樣品進(jìn)行了XRD、TEM、SEM、FT-IR、UV-vis、XPS表征,以樣品對水中羅丹明B的降解性能為評價指標(biāo),考察和評價樣品的光催化性能。 結(jié)果表明,樣品對水中羅丹明B的光催化降解反應(yīng)為表觀零級反應(yīng);未摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,經(jīng)煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,催化劑負(fù)載量增加,吸附水消失,吸收邊紅移,光催化性能提高。 Pb摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,有少量PbTiO<,3>晶體生成,納米顆粒成條形,晶體顆粒粒徑增大,親水性提高,吸收邊紅移,光催化性能提高,最佳摻雜量為0.5%1煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,PbTiO<,3>晶體衍射峰消失,催化劑負(fù)載顆粒細(xì)化,結(jié)構(gòu)水消失,吸收邊紅移,光催化性能提高,最佳摻雜量為0.5%。F摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,納米顆粒為球形,親水性提高,吸收邊紅移,樣品光催化性能提高,最佳摻雜量為2.0%;煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,催化劑負(fù)載量增加,結(jié)構(gòu)水消失,吸收邊紅移,樣品光催化性能提高,最佳摻雜量為2.0%。0.5%Pb與2.0%F共摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,樣品中有少量PbTiO<,3>和PbO生成,晶粒細(xì)化,納米顆粒為球形,親水性提高,吸收邊紅移,水熱過程中基體Ni參與了反應(yīng),使樣品中催化劑主體構(gòu)成了半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu),樣品光催化性能優(yōu)于單元素改性樣品:煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,催化劑負(fù)載量增加,晶體顆粒間結(jié)構(gòu)水消失,吸收邊紅移,PbTiO<,3>分解為PbO,F(xiàn)<'->摻雜進(jìn)入納米TiO<,2>晶格,樣品光催化性能略有提高。 Sr摻雜改性樣品中有SrTiO<,3>生成,納米TiO<,2>呈非晶態(tài),納米顆粒為多邊形,顆粒細(xì)化,親水性提高,吸收邊紫移,光催化性能提高,最佳摻雜量為1.25%;煅燒處理后,銳鈦礦型納米TiO<,2>晶體衍射峰增強(qiáng),催化劑負(fù)載顆粒尺寸減小,負(fù)載量增加,結(jié)構(gòu)水減少,吸收邊紅移,光催化性能提高,最佳摻雜量為0.25%;0.25%Sr與2.0%F共摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,納米粉體顆粒為不規(guī)則多邊形和球形,親水性下降,對紫外光吸收能力增強(qiáng),吸收邊紅移,水熱過程中基體Ni參與了反應(yīng),且有少量SrTiO<,3>、SrO生成,使樣品中催化劑主體構(gòu)成了半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu),樣品光催化性能優(yōu)于單元素改性樣品;煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,親水性下降,吸收邊紅移,樣品光催化性能略有提高。 Ag修飾改性樣品的主要成分為銳鈦礦型納米TiO<,2>晶體,納米顆粒為多邊形,親水能力下降,對紫外光吸收加強(qiáng),吸收邊紅移,樣品光催化性能提高,最佳修飾量為10.2%;煅燒處理后,晶體發(fā)育更加良好,晶體粒徑增大,催化劑負(fù)載量增加,結(jié)構(gòu)水消失,吸收邊紅移,樣品光催化性能提高,最佳摻雜量為0.8%;1.2%Ag與2.0%F共摻雜改性樣品的主體為銳鈦礦型TiO<,2>,納米粉體顆粒為球形,有部分團(tuán)聚,親水能力下降,吸收邊紅移,水熱過程中基體Ni參與了反應(yīng),NiO彌散于納米TiO<,2>晶體表面形成半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu),Ag沉積于納米TiO<,2>晶體表面形成Schottky勢壘,F(xiàn)<'->摻雜進(jìn)入納米TiO<,2>晶格造成晶格膨脹,導(dǎo)致樣品的光催化性能提高;煅燒處理后,NiO、AgO彌散于納米TiO<,2>晶體表面,促進(jìn)了樣品光催化性能的提高。 (2)以多孔泡沫鎳為載體,采用復(fù)合化學(xué)鍍法制備了多孔納米TiO<,2>光催化材料。以樣品對水中羅丹明B的降解性能為評價指標(biāo),對樣品的光催化性能進(jìn)行評價。樣品對水中羅丹明B的光催化降解反應(yīng)為表觀零級反應(yīng);正交實驗結(jié)果表明,復(fù)合化學(xué)鍍制備多孔光催化材料的最佳的工藝條件為:鍍液中NiSO<,4>·6H<,2>O濃度為20 g/L、鍍液中NaH<,2>PO<,2>·H<,2>O濃度為20 g/C,、鍍液溫度為90℃、鍍液pH值為4.6、施鍍過程中P25納米TiO<,2>投加量為0.28 g/L,各因素對樣品性能的影響順次下降;納米Bi<,2>O<,3>復(fù)合使樣品的光催化性能下降,當(dāng)納米Bi<,2>O<,3>復(fù)合量達(dá)8%時,樣品的光催化性能最差,繼續(xù)增加納米Bi<,2>O<,3>復(fù)合量,樣品的光催化性能提高,當(dāng)納米Bi<,2>O<,3>復(fù)合量達(dá)24%時,樣品的光催化性能優(yōu)于未復(fù)合樣品的光催化性能;ZnO復(fù)合使樣品的光催化性能有明顯改善,且隨著納米ZnO復(fù)合量的增加,樣品的光催化性能提高;Ag修飾導(dǎo)致Bi<,2>O<,3>復(fù)合改性樣品的光催化性能下降,使ZnO復(fù)合改性樣品的光催化性能提高。 (3)以多孔泡沫鎳為載體,采用復(fù)合電鍍法制備的多孔納米TiO<,2>光催化材料,樣品對水中羅丹明B的光催化降解反應(yīng)為表觀零級反應(yīng);正交實驗結(jié)果表明,復(fù)合電鍍制備多孔光催化材料的最佳工藝條件為:電鍍液中硫酸鎳濃度180 g/L;鍍液中P25型納米TiO<,2>粉體投加量2g/L;電鍍溫度45℃;攪拌速度4檔。各因素影響樣品性能的順序為:鍍液中NiSO<,4>·6H<,2>O濃度>攪拌速度>納米TiO<,2>投加量>鍍液溫度;Bi<,2>O<,3>和ZnO復(fù)合改性使樣品的光催化性能提高,隨納米Bi<,2>O<,3>和ZnO復(fù)合量增加,樣品的光催化性能提高,當(dāng)納米Bi<,2>O<,3>復(fù)合量達(dá)7%或ZnO復(fù)合量為2%時,樣品的光催化性能最優(yōu),隨納米Bi<,2>O<,3>和ZnO復(fù)合量繼續(xù)增加,樣品的光催化性有所下降; Ag修飾使經(jīng)Bi<,2>O<,3>或ZnO復(fù)合改性樣品的光催化性能提高,最佳Ag修飾量分別為1%和4%。
doi:
10.7666/d.y1221287
關(guān)鍵詞:
納米粉體 光催化性能 孔泡沫鎳 復(fù)合材料 摻雜改性 復(fù)合電鍍法
作者:
孫彤
學(xué)位授予單位:
東北大學(xué)
授予學(xué)位:
博士
學(xué)科專業(yè):
冶金物理化學(xué)
導(dǎo)師姓名:
馬培華 翟玉春
學(xué)位年度:
2006
語種:
中文
分類號:
TB383 TQ426.6
在線出版日期:
2008年07月31日(萬方平臺首次上網(wǎng)日期,不代表論文的發(fā)表時間)
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