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《华南理工大学》 2012年
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纳米Na_2Ti_6O_(13)和Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2的制备及其光催化性能

刘杰  
【摘要】:环境污染和能源短缺成了制约人类可持续发展的两大难题,致使光催化技术在环境治理中的应用备受人们关注。六钛酸钠(Na_2Ti_6O_(13))是广泛应用于材料、光电、环境等领域的功能材料,而且可以被制成一维纳米材料,所以研究它的光催化性能对光催化技术的实际应用推广有很重要的意义。 本文通过反相微乳法和熔盐法结合制备了一维Na_2Ti_6O_(13)催化剂和Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2复合催化剂,以活性艳橙X-GN(简称X-GN)为目标污染物,进行了紫外光催化活性评价和动力学研究,并考察了催化反应条件对两种催化剂活性的影响。主要研究内容和结论如下: 首先通过三元相图分析和电导率研究考察了CTAB/正己醇/水反相微乳体系的相形为,并确定了适用于制备纳米前驱物Ti(OH)_4的最佳组分配比,即CTAB、正己醇和水的质量分数分别为9.6%、86.8%和3.6%。实验进一步对制备出的前驱物进行了SEM、TG-DSC、FT-IR和XRD表征,结果显示产物是粒径约为100nm的“水珠”状颗粒物,表面有部分有机残留。 然后用前驱物和无水Na_2CO_3进行熔盐反应,制备出一维Na_2Ti_6O_(13)纳米带。当熔盐温度为810℃,保温时间为6h时,产物合成效果和光催化活性最好,其长度为5-8μm,宽度和厚度小于80nm,属于一维纳米带结构。实验还分别用反相微乳法和熔盐法制备了Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2复合催化剂,对样品进行了XRD、SEM表征和光催化活性评价,结果显示反相微乳法复合产物具有很好的光催化活性,其中RM_(1.5)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2的活性最强,而熔盐法复合产物的催化效果不佳。 最后在30W紫外灯照射下催化降解X-GN溶液,通过降解率、矿化率、动力学和紫外-可见光谱扫描研究发现, RM_(1.5)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2、 M_(810)-Na_2Ti_6O_(13)和MS_(7:1)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2对X-GN的降解均符合一级动力学模型,其中RM_(1.5)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2的活性最强,而M_(810)-Na_2Ti_6O_(13)则有中间产物累积的现象。实验还考察了不同反应条件对RM_(1.5)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2和M_(810)-Na_2Ti_6O_(13)光降解X-GN效果的影响,结果表明RM_(1.5)-Na_2Ti_6O_(13)/TiO_2和M_(810)-Na_2Ti_6O_(13)的最佳初始pH值分别为3.2和5.7;在一定范围内,降解率随催化剂投加量增大而提高,但超过一定值之后反而降低;活性艳橙X-GN初始浓度越高,降解率越低;而外加H_2O_2能大大提高催化效率。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X703;O643.36

【参考文献】
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