氧化钼和钼杂多酸盐及其复合膜的制备、表征及光催化性能研究

摘要

本论文旨在研究过渡金属氧化物三氧化钼(MoO3)及杂多钼酸盐的合成与性质。采用水热法和水溶液方法成功地合成出了多形态的氧化钼及杂多钼酸盐材料，并采用X射线衍射(XRD)，红外光谱(FT-IR)，热重分析法(TG-DTA)，扫描电镜(SEM)等对合成的材料进行了系统的表征和性能测试。然后用相转移方法将合成的钼系材料负载于聚砜(PSF)膜上，以亚甲基蓝为目标污染物模拟染料废水，太阳光为光源，系统的研究了自行设计合成的多种催化剂的光催化性能。实验结果表明:合成的三氧化钼和有机-无机钼杂多酸盐都有良好的形貌特征及晶体结构，其相应的复合膜催化剂具有较高的光催化性能，多次重复使用之后降解效果仍能达到理想状态。具体研究内容如下:
　　(1)采用水热法和低温液相法制备出了纳米带状和六方柱体花状形貌结构的三氧化钼，研究了钼源、酸度、温度等对三氧化钼形貌的影响。然后选择形貌较好的样品负载于聚砜膜上，并研究了其光催化性能。实验结果表明，不同形貌三氧化钼及其复合膜催化剂对亚甲基蓝的降解不同，相对而言膜负载后催化剂降解率有所提高达到94.2％，在多次重复利用后催化剂降解率能达到61.5％。
　　(2)采用乙醚萃取方法合成Keggin型磷钼酸(H3PMo12O40)，然后以12-磷钼酸为基体，乙醇为溶剂，室温条件下合成花状结构的(CH3(CH2)16CH2NH3)4PMo12O40和片状结构的(C16H33(CH3)3N)4PMo12O40两种有机-无机杂化钼杂多酸盐。将合成的三种催化剂分别负载到聚砜膜上进行了催化性能的测试。结果表明:所合成的有机-无机杂多化合物复合膜催化剂在太阳光照射下均有较高的光催化活性94.1％，并且在重复使用6次之后降解效果仍可达到76.3％。
　　(3)以合成的H4PMo11VO40为基体，采用温和的水溶液法合成了颗粒状的(CH3(CH2)16CH2NH3)4PMo11VO40和(C16H33(CH3)3N)4PMo11VO40。将合成的催化剂分别负载到聚砜膜上进行了光催化性能的测试。结果表明:所合成的有机-无机杂多化合物复合膜催化剂在太阳光照射下均有较高的光催化活性97.3％，并且在重复使用6次之后降解效果仍可达到66.7％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钼系材料的概述

1．2 氧化钼及杂多酸化合物的结构与性质

1．2．1 三氧化钼的结构及性质

1．2．2 杂多酸化合物的结构与性质

1．3 钼系材料的制备及负载化

1．3．1 钼系材料的制备方法

1．3．2 催化剂的负载方法

1．4 国内外研究进展

1．4．1 氧化钼的研究进展

1．4．2 杂多化合物的研究进展

1．5 染料废水的特点及处理

1．6 选题依据和研究目的

第二章 三氧化钼及其复合膜的制备、表征及光催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验药品与仪器

2．3 三氧化钼及其复合膜的制备

2．3．1 三氧化钼的制备

2．3．2 三氧化钼的膜固载

2．4 三氧化钼的表征

2．4．1 三氧化钼的扫描电镜表征

2．4．2 三氧化钼的XRD表征

2．5 三氧化钼的光催化性能及亚甲基蓝的性质

2．5．1 三氧化钼对亚甲基蓝的催化氧化特性

2．5．2 亚甲基蓝的结构与性质

2．5．3 三氧化钼光催化降解机理阐释

2．5．4 光催化降解实验

2．6 实验结果与讨论

2．6．1 硝酸的浓度对三氧化钼降解亚甲基蓝的影响

2．6．2 不同方法对花状三氧化钼降解亚甲基蓝的影响

2．6．3 不同形貌的三氧化钼对降解亚甲基蓝的情况

2．6．4 三氧化钼粉体与其复合膜降解亚甲基蓝的情况

2．6．5 三氧化钼复合膜重复次数对降解率的影响

2．7 本章小结

第三章 有机-无机杂化磷钼酸盐及其复合膜的制备、表征及性能研究

3．1 引言

3．2 实验仪器与药品

3．3 磷钼酸、有机-无机杂化盐及其复合膜的制备

3．3．1 Keggin磷钼酸的制备

3．3．2 有机-无机杂化磷钼酸盐的制备

3．3．3 负载膜的制备

3．4 催化剂的表征

3．4．1 扫描电镜(SEM)的表征

3．4．2 红外光谱(FT-IR)的表征

3．4．3 花状结构十八胺／磷钼酸的电镜表征

3．4．4 花状结构十八胺／磷钼酸的TG-DTG表征

3．5 光催化性能的研究

3．5．1 磷钼酸及有机-无机杂化磷钼酸盐催化活性的比较

3．5．2 膜负载与不负载的催化剂的比较

3．5．3 不同催化剂的复合膜催化性能的比较

3．5．4 重复次数对催化效果的影响

3．6 本章小结

第四章 有机-无机磷钼钒酸盐及复合膜的制备、表征及性能研究

4．1 引言

4．2 实验仪器与药品

4．3 磷钼矾酸、有机-无机杂化盐及其复合膜的制备

4．3．1 磷钼矾杂多酸H4PMo11VO40的制备

4．3．2 有机-无机杂化磷钼矾酸盐的制备

4．3．3 负载膜的制备

4．4 催化剂的表征

4．4．1 扫描电镜(SEM)的表征

4．4．2 红外光谱(FT-IR)的表征

4．5 光催化性能的研究

4．5．1 磷钼矾酸及有机-无机杂化磷钼酸盐催化活性的比较

4．5．2 膜负载与不负载的比较

4．5．3 不同催化剂的复合膜催化性能的比较

4．5．4 重复次数对催化效果的影响

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢