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《中国地质大学(北京)》 2020年
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甲壳素改性TiO_2/碳纤维复合材料制备及光催化性能研究

毛奎  
【摘要】:为提高二氧化钛在可见光下光催化性能及其在载体表面的分散性,充分发挥二氧化钛与载体材料的协同效应,本论文使用钛酸四丁酯(TBT)作为前驱体,甲壳素(Chitin)为改性剂,具有良好柔韧性、导电性和化学稳定性的碳纤维(CF)为载体,采用水热法合成制备甲壳素改性TiO_2/CF复合材料(CTC),并研究了分别添加氧化石墨烯和二硫化钼对甲壳素改性TiO_2/CF复合材料微观结构及催化性能影响。本论文采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计、电化学工作站和X射线光电子能谱等现代测试方法表征了复合材料的物相组成、微观形貌、带隙及分子结构等特性。研究结果表明,甲壳素改性TiO_2/CF复合材料、甲壳素改性TiO_2/GO/CF复合材料、甲壳素改性TiO_2/MoS_2/CF复合材料通过水热法成功地被制备。甲壳素的改性和吸附使其带隙由3.08 eV减小为2.70 eV。光催化研究表明,甲壳素改性TiO_2/CF复合材料中样品T/CF-C-0.6的降解表观速率常数为纯TiO_2的2.25倍,对RhB具有最高的吸附容量和最大的降解率达到90%,几乎是纯TiO_2的4倍。甲壳素改性TiO_2/GO/CF复合材料光催化剂中GO的含量对可见光照射下对RhB分解的光催化活性有重要影响。在最佳GO含量下,所制备的CGTC80样品表现出最高的光催化性能,是纯TiO_2的5倍。CGTC复合光催化材料体系对一般有机物具有普遍选择性降解。样品中降解的活性物质捕获实验结果表明空穴是主要的活性物质。甲壳素改性TiO_2/MoS_2/CF复合材料,TiO_2和MoS_2复合后形成异质结,同时和碳纤维之间的耦合协同作用,使光响应延长到可见光区域有效的改善样品在可见光下的光催化活性。实验表明在MoS_2的最佳添加量为1.05 g下,所制备的4-CMTC样品表现出最高的光催化性能,具有最大的降解速率常数是MoS_2的4.9倍,是未做任何改性处理TiO_2的11.3倍。对RhB水溶液降解实验60 min后,其降解率达到90.89%,是纯MoS_2的2.22倍,是未做任何改性处理TiO_2的4.72倍。本论文研究的甲壳素改性TiO_2/CF复合材料有望在常态条件下实现对污水中有机物的处理,可以为工业化高效处理污水提供一种可行性方案。
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