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《河北大学》 2009年
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纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能

张旭  
【摘要】:二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料,具有光催化活性好、耐腐蚀能力强、本身稳定性高、价格相对较低以及对人体无毒等优点,在光催化降解有机物方面显示了优良的特性,因而在环境污染防治、水处理、空气净化、制备自清洁材料等许多领域有着广阔的应用前景,成为材料学及催化科学研究的热点。然而TiO2是宽禁带材料,光谱响应范围较窄,对太阳能的利用效率较低,而且难于过滤及回收,在很大程度上限制了它的实际应用。为了提高TiO2的实用性,本文做了如下工作: 设计了过渡金属离子掺杂工艺,对铈掺杂TiO2纳米材料进行了研究。实验中以廉价、易得的普通无机盐为原料,采用水热法合成了纳米CeO2-TiO2粉体,并对所合成的粉体进行了表征。X-射线衍射分析结果证明,水热法合成的产品为四方晶系锐钛矿结构,用透射电子显微镜(TEM)观察粒子基本呈球形,粒径20nm左右。应用实验证实改性后的粉体具有更高的反应活性,提高了光催化降解有机染料的速度和效率。 基于介孔材料的发展,我们除了借助介孔分子筛的大比表面积来提高催化剂的吸附能力外,还通过金属元素的掺杂来促使TiO2光生电子与空穴的分离,双向提高其光催化效率和光谱响应范围。本文以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与聚乙二醇或OP乳化剂为复合模板剂,利用水热法制备了一系列铈掺杂的二氧化钛介孔材料,并对影响反应的多种因素进行优化,确定了最佳反应条件。利用X-ray衍射仪进行物相分析,证明产品为四方晶系锐钛矿结构,用TEM观察样品形貌为无序介孔材料,可以很清楚地看到蠕虫状的无序孔道。产品的N2吸附一脱附等温线形状为LangmuirⅣ型,是典型的介孔结构吸附脱附等温线,并计算得到它的孔径在10-20nm之间。光吸收及吸附实验表明:水热法合成的纳米CeO2-TiO2复合介孔材料的吸附性能均优于同法合成的非介孔产品,并且证实:介孔粉体在紫外和可见光区都具有比非介孔纳米TiO2粉体更高的光吸收性能。光催化应用实验表明:本实验合成的纳米CeO2-TiO2复合介孔催化剂在太阳光照射下在40min以内就可完成对有机染料的接近100%脱色降解,比非介孔纳米TiO2粉体的脱色降解时间缩短了近一半。而对粉体的回收再利用实验证明:介孔粉体的过滤速度快,回收率高,而且重复利用效果也比非介孔纳米ZiO2粉体要好。
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O611.3

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【参考文献】
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