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納米TiO2是一種催化性較強(qiáng)的半導(dǎo)體材料,在紫外光照射作用下產(chǎn)生光生載流子:空穴和電子。利用空穴的強(qiáng)氧化性可以把污水中有機(jī)物分解成CO2和H2O,電子的強(qiáng)還原性可以將污水中重金屬離子還原。納米TiO2顆粒作為光催化劑有以下優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)物無(wú)毒,原材料來(lái)源豐富、催化材料易合成；但其作為光催化劑有較大的局限性:首先納米TiO2顆粒在溶液中極易團(tuán)聚影響光催化效果,其次納米粒子在溶液中不易回收容易造成“二次污染”。
本研究選擇穩(wěn)定性好、比表面積大、易于與納米TiO2牢固結(jié)合且價(jià)格低廉、資源豐富的粉煤灰微珠和凹凸棒石作為納米TiO2的載體。采用溶膠.凝膠在不同溫度煅燒制備出納米TiO2／微珠和納米TiO2／凹凸棒石光催化復(fù)合材料,重點(diǎn)研究了影響復(fù)合材料光催化的主要因素,探討了光催化降解甲基橙的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,得出以下結(jié)論:
1.采用XRD,SEM,TEM,EDS等分析方法對(duì)制備復(fù)合材料進(jìn)行了表征,研究結(jié)果表明:1)微珠表面均勻包覆一層致密的納米TiO2薄膜；2)凹凸棒石表面均勻負(fù)載一層納米TiO2顆粒；3)不同溫度下煅燒制備的復(fù)合材料中納米TiO2相含量和晶粒尺寸差別較大。
2.影響復(fù)合材料光催化性能的主要因素有:煅燒溫度、催化劑的添加量以及負(fù)載次數(shù),研究表明:1)經(jīng)過(guò)3次負(fù)載500℃煅燒后制備的納米TiO2／微珠復(fù)合材料光催化效果最佳,催化劑添加量為3g／1時(shí),光照2h甲基橙溶液的降解率達(dá)到98.6％；2)600℃煅燒制備納米TiO2／凹凸棒石復(fù)合材料光催化效果最佳,當(dāng)催化劑添加量為2g／L時(shí),光照2h甲基橙的降解率到達(dá)92％。
3.納米TiO2／微珠光催化復(fù)合材料具有較好可重復(fù)利用性,經(jīng)過(guò)7次重復(fù)利用以后仍能使甲基橙的降解率達(dá)到50％以上。甲基橙降解過(guò)程遵循Langmiur-Hinshewood動(dòng)力學(xué)模型,復(fù)合材料表觀速率常數(shù)K值是相同工藝條件制備納米TiO2的1.6倍。
4.納米TiO2／凹凸棒石光催化復(fù)合材料降解甲基橙動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究表明:納米復(fù)合材料對(duì)甲基橙有較強(qiáng)的吸附性,吸附平衡常數(shù)Ka=0.0896,吸附作用對(duì)復(fù)合材料的光催化性能不可忽略,光催化動(dòng)力學(xué)方程符合L-H(Langmnir-Hinshelwood)模型,二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程很好地描述其降解規(guī)律,光催化動(dòng)力學(xué)方程:ln Gt+0.00896Ct=0.418—0.0197t。
    doi：
    10.7666/d.y1887132
    關(guān)鍵詞：
    二氧化鈦 凹凸棒石 溶膠-凝膠法 組織性能 光催化劑
    作者：
    劉亮
    學(xué)位授予單位：
    合肥工業(yè)大學(xué)
    授予學(xué)位：
    碩士
    學(xué)科專業(yè)：
    材料學(xué)
    導(dǎo)師姓名：
    李云副
    學(xué)位年度：
    2011
    語(yǔ)種：
    中文
    分類號(hào)：
    TN304.21
    在線出版日期：
    2011年08月24日