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《辽宁工业大学》 2019年
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包覆型石墨烯/TiO_2磁性复合光催化剂的制备及性能研究

郭星  
【摘要】:为制备一种既能够分离回收又具有高效光催化性能的TiO_2光催化剂,本文首先以改进的Hummers法制备氧化石墨烯溶液,然后使用共沉淀法制备出磁基体,进而采用水热法制备出不同种的磁性复合光催化剂。通过对样品进行一系列的表征分析和在紫外光下对甲基橙的降解率来评价复合光催化剂的催化性能及循环使用性能,最终以T/G-F1为代表对合成的磁性复合光催化剂光催化降解甲基橙染料废水的动力学特征及光催化机理进行了分析。实验结果表明:(1)在不同石墨烯含量的磁性复合光催化剂中,当氧化石墨烯溶液浓度为0.75mg/mL时,得到的磁性复合光催化剂T/0.75G-F具有较好的催化性能和磁分离回收使用性能。XRD及TEM分析结果表明,制得的磁性复合光催化剂中生成的TiO_2为锐钛矿相,Fe_3O_4为立方晶系,且两者都较均匀的分散在rGO片层表面;BET结果表明,磁性复合光催化剂T/0.75G-F的比表面积和孔体积最大,分别为238.3703 m~2/g和0.578432 cm~3/g;UV-visDRS结果表明,磁性复合光催化剂对可见光的吸收性能明显增强,而且均向可见光区域发生了明显红移,其中T/0.75G-F的红移量最大,这与BET结果相吻合。在光催化降解甲基橙溶液的实验中,T/0.75G-F对甲基橙的降解率最高为94.58%,在重复循环使用五次后降解率依然能达到90.87%。(2)在TiO_2与磁基体为不同配比的磁性复合光催化剂中,当TiO_2与磁基体的配比为3:1时,得到的磁性复合光催化剂T/G-F1具有较好的催化性能和磁分离回收使用性能。XRD图谱及EDS元素分析结果表明,成功的合成了磁性复合光催化剂TiO_2/rGO-Fe_3O_4,从TEM图中可以清晰的看出TiO_2与磁基体的配比为3:1时反应生成的TiO_2和Fe_3O_4颗粒较均匀的分散在rGO片层间;BET结果表明,TiO_2的比表面积和孔体积在引入了rGO之后有了显著增加,在不同配比的复合光催化剂中T/G-F1的比表面积和孔体积最大;UV-visDRS结果表明,T/G-F1对可见光的响应最强,与纯TiO_2相比其禁带宽度只有2.52eV;VSM结果表明,T/G-F1具有较好的磁性,室温下其饱和磁化强度为6.47emu/g。在光催化降解甲基橙溶液的实验中,T/G-F1的降解效果最好,降解率高达94.94%,在重复循环使用五次后对甲基橙的降解率依然能达到90.23%。(3)磁性复合光催化剂T/G-F1对甲基橙溶液的降解为一级反应,并且遵循Langmiur-Hinshelwood(L-H)动力学模型,其降解动力学方程为:r=C_0/(88.45206+1.42908C_0)。研究结果表明,通过改变氧化石墨烯溶液浓度及TiO_2与磁基体的配比制备出的磁性复合光催化剂既具有较高的光催化性能又能够分离回收循环使用,为实现TiO_2光催化技术的全面推广与规模化应用具有指导意义。
【学位授予单位】:辽宁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O643.36;O644.1;X703

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