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《天津大学》 2010年
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Bi_2WO_6和掺杂与负载型TiO_2光催化剂的制备与表征及其活性评价

罗善霞  
【摘要】: 掺杂改性TiO_2或设计新型的可见光响应光催化剂,提高其对太阳光的利用率,是目前光催化剂研究的重要课题。同时将TiO_2固定化,解决其分离和回收难题也是目前研究的热点。本论文针对此开展研究。 第一,采用溶胶凝胶法,以硝酸铋为铋源制备Bi掺杂的TiO_2光催化剂。对掺杂不同硝酸铋量的TiO_2和不同焙烧温度下的Bi掺杂TiO_2光催化剂进行XRD、FTIR、TEM、XPS等表征分析,研究其结构、晶型和表面价态,并考察Bi掺杂的TiO_2光催化剂的光催化活性。研究表明适宜量的硝酸铋掺入后没有改变TiO_2的晶体结构,Bi以氧化物的形式(+5和3-x)嵌入到TiO_2晶格中,但TiO_2晶相转变温度发生滞后。Bi掺杂TiO_2光催化剂活性好于P-25。 第二,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2,通过在制备过程中加入Bi(NO_3)_3和尿素得到Bi、C和N共掺杂的TiO_2。通过各种表征手段分析光催化剂的结构和表面态,采用若丹明B降解体系评价其光催化性能。研究发现制备过程中加入硝酸铋和尿素后,Bi、C和N同时被掺入,C和N取代TiO_2晶格中的氧原子,形成Ti-C和Ti-N键。Bi存在+3和+5两种价态,以两种氧化物的形式嵌入到TiO_2晶格中。共掺杂样品中,固定Bi掺杂量后,尿素存在最佳掺杂量。 第三,采用水热方法制备Bi_2WO_6。运用XRD、FTIR、SEM等表征手段对不同晶化时间的Bi_2WO_6前驱体进行表征,分析Bi_2WO_6形成机理。通过加入不同量的2.0M NaOH溶液调节悬浮液的pH值至6.0和12.0,考察样品的物相结构和形貌。同时用质量分数为5%的氨水调节反应体系的pH值到6.0,得到类似花状结构的Bi_2WO_6样品。对比不同碱性物质调节前驱体pH后的物相组成和形貌,并对样品的光催化活性进行评价。 第四,基于聚丙烯酸(PAA)独特的吸水性和三维空间网络结构,用水溶液聚合方法,将二氧化钛(P-25)颗粒负载到PAA上制成新型光催化剂降解材料TiO_2/PAA。研究表明TiO_2/PAA光催化剂中TiO_2纳米粒子出现在载体的表面和内部,TiO_2通过-OH与PAA反应。TiO_2/PAA光催化剂中TiO_2以锐钛矿和金红石两种晶相存在,且锐钛矿相为主体相,这有利于提高光催化活性。适宜的负载型催化剂制备条件是:TiO_2为15wt%,引发剂为0.6wt%,交联剂0.02wt%,中和度为75mol%,单体浓度为40wt%,反应温度为85oC。研究中也发现TiO_2负载PAA后提高了PAA抗紫外线能力,且TiO_2/PAA光催化剂可重复利用。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O643.36

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