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《燕山大学》 2014年
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{001}面主导的中空二氧化钛微球的制备及光催化性能研究

刘俊俊  
【摘要】:二氧化钛是一种应用很广泛的无机材料,作为光催化剂在降解有机物、治理水污染等方面有着很显著的效果,是近年来研究的一个重点。 本论文利用一步水热法制备了{001}面主导的中空结构的二氧化钛微球,并采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对制备产品进行形貌和结构的表征,紫外可见漫反射(UV-vis DRS)测试测定制备样品的禁带宽度,N2吸附-脱附等温线测试了产品的比表面积。SEM和TEM结果表明所制备产品为中空微球结构,形貌均匀,微球尺寸为2-4μm;XRD结果表明,所制备的产品为锐钛矿结构,{001}晶面峰强百分比为25.5%,禁带宽度为3.23ev,比表面积是60.285m2/g。 以亚甲基蓝(MB)为光催化降解的目标降解物,对中空结构的二氧化钛微球进行光催化性能的研究,通过亚甲基蓝在光催化过程中的光降解率和反应速率K来评价光催化性能。研究了双氧水、氢氟酸的用量,降解液中NaOH浓度、初始目标降解物浓度以及二氧化钛微球加入量对其光催化性能的影响。光催化实验表明,反应时间20min后降解率为80.97%,二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的反应符合一级动力学特征,光催化降解速率K为0.08337/min,当降解液中NaOH浓度、初始目标亚甲基蓝浓度以及光催化剂浓度分别为0.025mol/L、10ppm、80mg/200ml时光催化效果最好,当钛粉、氢氟酸、双氧水、去离子水含量为60mg、0.35ml、9.0ml、21ml时制备得到的二氧化钛产品结构形貌和光催化性能最好。 在以上基础上进行银掺杂,XRD结果表明适量的银离子掺杂并没有改变二氧化钛晶体的结构,{001}晶面的百分含量由25.5%提升到32.8%,光催化结果表明经过银掺杂后光催化性能明显提高,且当掺杂量为2.0%达到最好,通过BET测试后发现掺杂之后,样品的比表面积由60.285m2/g提高到74.394m2/g;对禁带宽度进行计算发现掺杂之后禁带宽度有少许降低,从3.23ev下降到3.13ev,银的掺杂增加了对可见光区域的波长吸收范围,光催化性能提高。
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