磁性非均相光Fenton反应催化剂及磁载可见光催化剂的制备研究

摘要

Fenton氧化法和TiO2光催化氧化法具有氧化能力高、催化活性好、无毒、无污染等特点,是目前难降解有机物处理过程中研究较多的两种高级氧化工艺,在水处理方面具有广阔的应用前景。 均相Fenton反应在处理实际废水的过程中存在局限性,如pH值的应用范围较窄(2-5),催化剂易流失造成二次污染等；非均相光Fenton反应体系则避免了上述问题且对染料废水的处理效果较好。本论文根据光Fenton反应原理,制备了负载型和磁性光Fenton反应催化剂,并以孔雀石绿的降解为探针反应考察其催化活性。负载型光Fenton反应催化剂以无定型二氧化硅为载体通过浸渍法制得,考察了光照、浸渍液浓度及固化温度对载铁催化剂活性的影响。结果表明光照提高了催化剂的活性,当浸渍液浓度为10％H寸,催化剂活性最高。磁性光Fenton催化剂是采用化学共沉淀法制备的反尖晶石相Fe3O4纳米粒子,通过XRD、TEM及磁学性能的表征,表明样品粒子大小较为均匀,具有较好的磁学性能。与SiO2载铁催化剂相比,磁性光Fenton催化剂具有更好的催化活性及重复利用性能,Fe3+的流失很少,不会对水资源造成二次污染。 TiO2以其优良的性能在半导体光催化领域中备受关注,然而由于TiO2禁带宽度较大,无法被可见光激发,必须对其加以改性才能利用占太阳能总能量43％的可见光。本论文采用溶胶凝胶法分别以氨水和三乙胺为氮源制备了氮掺杂纳米TiO2可见光催化剂,对其进行了XRD、FT-IR、紫外-可见漫发射、元素分析等表征,并进行了活性测试,结果表明以氨水为氮源的样品在可见光吸收能力、热稳定性、可见光催化活性等方面均优于以三乙胺为氮源的样品。在此基础上,以氨水为氮源采用溶胶凝胶法制备出磁载氮掺杂可见光催化剂TiO2/SiO2/Fe3O4,并通过浸渍不同浓度的偏钒酸铵溶液对其进行表面改性。得到的磁性材料包裹较为完全,且保持了较好的磁学性能,钒元素对催化剂的表面改性有效提高了样品的光吸收能力及催化活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

第一节磁性纳米材料简介

1.1.1磁学性能简介

1.1.2磁性纳米材料的特殊性质

1.1.3磁性纳米材料的制备方法

1.1.4磁性纳米颗粒的表面修饰

1.1.5磁性纳米材料的应用

第二节磁性Fenton反应催化剂

1.2.1 Fenton及Photo-Fenton氧化处理技术

1.2.2 Fenton试剂的改性

第三节磁载TiO2光催化剂

1.3.1半导体光催化技术简介

1.3.2 TiO2光催化剂简介

1.3.3磁载TiO2光催化剂研究进展

第四节研究思路和内容

参考文献

第二章实验试剂及分析仪器简介

第一节实验试剂

第二节分析仪器与工作条件

2.2.1 粉末X射线衍射(Powder X-Ray Diffraction,XRD)

2.2.2透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy ,TEM)

2.2.3傅立叶变换红外光谱(Fourier-Transform Infrared Spectroscopy ,FT-IR)

2.2.4振动磁强计(Vibrating Sample Meter)

2.2.5紫外-可见分光光度法(UV-Vvis spectrophotometry)

2.2.6 X射线电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy XPS)

2.2.7元素分析(Element Analysis,EA)

2.2.8等温氮气吸附-脱附(Isothermal Nitrogen Adsorption-Desorption)

2.2.9电感耦合高频等离子体-原子发射光谱(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry ,ICP-AES)

第三章磁性光Fenton反应催化剂

第一节负载型光Fenton反应催化剂的制备与表征

3.1.1 实验部分

3.1.2结果与讨论

第二节磁性光Fenton反应催化剂的制备与表征

3.2.1 实验部分

3.2.2结果与讨论

第三节本章小结

参考文献

第四章磁载纳米可见光催化剂

第一节溶胶凝胶法制备纳米可见光催化剂

4.1.1实验部分

4.1.2结果与讨论

第二节磁载纳米可见光催化剂

4.2.1 实验部分

4.2.2结果与讨论

第三节本章小结

参考文献

第五章全文结论

致 谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果