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《兰州大学》 2017年
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静电纺丝制备TiO_2中空纳米纤维的光催化性能研究

杨自玲  
【摘要】:本文先采用溶胶-凝胶法制得TBOT/PVP前体溶液,再经单轴静电纺丝结合高温煅烧法制备出TiO_2中空纳米纤维;通过紫外光-乙醇还原法将Pt纳米颗粒负载到TiO_2中空纳米纤维上,制成Pt/TiO_2中空纳米纤维可见光催化剂。采用热重分析(TG)、X-射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、透射电镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、选区域电子衍射(SAED)、能量散射X-射线光谱(EDX)、X-射线光电子能谱(XPS)等表征手段对Pt/TiO_2中空纳米纤维光催化剂的形貌和性质进行了表征。并通过光催化降解酸性橙Ⅱ(Orange Ⅱ)对以上催化剂的催化活性进行研究,以酸性橙Ⅱ的脱色率和矿化率作为光反应的评价标准。首先,TBOT/PVP纳米纤维在271~387℃温度范围内失重明显;随着煅烧温度的上升,TiO_2中空纳米纤维的BET比表面积呈现下降趋势;TiO_2中空纳米纤维的外径大约为200~600nm,内外径比约为0.3;负载的Pt纳米颗粒的直径大小主要为2.8nm;煅烧后纤维以锐钛矿相:金红石相≈70:30的混合相态存在,由Ti、O、Pt和C四种元素组成;负载2wt.%Pt以后,TiO_2中空纳米纤维的禁带宽度由3.09降至2.77eV,Pt/TiO_2中空纳米纤维的吸收边缘红移至可见光区。其次,在纯TiO_2纳米纤维-紫外光催化体系中探究了酸性橙Ⅱ初始浓度、催化剂加入量、溶液初始pH、TiO_2中空纳米纤维煅烧温度这四个因素对酸性橙Ⅱ降解的影响,得出,在催化剂浓度为20mg催化剂/mg酸性橙Ⅱ,溶液初始p H=3,催化剂煅烧温度为450℃时紫外光催化降解酸性橙Ⅱ时反应条件最佳。最后,在Pt/TiO_2纳米纤维-可见光催化体系中探究了催化剂加入量、Pt负载量、TiO_2中空纳米纤维的煅烧温度、溶液初始pH值这四个因素对酸性橙Ⅱ降解效率的影响,得出:最佳的催化剂浓度为60 mg催化剂/mg酸性橙Ⅱ、最佳的Pt负载量为2wt.%、350℃为最佳的煅烧温度、pH=3降解效果最佳。在全光源照射反应时,催化剂的催化效果更好。Pt/TiO_2中空纳米纤维催化降解的动力学常数为0.0069min-1,分别是TiO_2中空纳米纤维和Pt/P25的11.5和3.63倍。催化剂表现出优异的稳定性,经十次循环之后,催化效率并没有出现明显的下降。通过研究不同的自由基清除剂对降解速率的影响,得出·O_2~-是降解酸性橙Ⅱ的主要活性物种。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ340.64;O643.36

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