吸附—光催化协同体系构建及分级多孔MgO载体的制备与性能研究

【摘要】随着科学技术的迅猛发展以及人们生活水平的不断提高，人们对所处环境的要求也变得越来越高。然而日益突出的环境污染问题，严重影响着人们的生产与生活。研究开发一种新型、环保、高效的环境治理方法已十分迫切。水污染的治理方法有很多，其中，光催化降解与吸附的研究较为广泛。纳米TiO2光催化剂以其无毒、价廉、催化活性高、氧化能力强、物理化学性质稳定等特点，在光催化领域处于核心地位，从而被广泛应用。吸附是光催化过程中的重要环节，高比表面积可以提高吸附容量，进而促进光催化反应活性，即吸附-光催化协同体系的构建有利于提高光催化效果。纳米MgO吸附剂具有无毒、价廉、吸附性能好等优点，可作为高吸附载体应用于吸附-光催化协同体系中。为了构建兼具有吸附-光催化协同作用和高光催化活性的体系，本文首先探索了TiO2@@SiO2/玻璃粉的光催化活性，发现它虽然初步解决了实际应用中难回收这一问题，但光催化降解效果并没有达到理想效果。因此，本文用TiO2-NTs@@SiO2纳米管代替TiO2@@SiO2/玻璃粉作为吸附-光催化协同体系（TiO2-NTs@@SiO2/PS-MgO）的光催化剂做了初步探索，并系统地研究了水热包覆有机碳层的时间与煅烧处理温度对其晶型、形貌、光催化性能的影响。吸附是光催化降解的先决条件，本文还探索了用具有高吸附容量的分级多孔氧化镁微米棒（PS-MgO）代替低熔点玻璃粉作为载体的优势，为最终能够得到兼具有吸附-光催化协同作用和高光催化活性的TiO2-NTs@@SiO2/PS-MgO打下扎实的基础。以P25型TiO2为原料，通过包碳包硅处理得到TiO2@C@SiO2，然后以低熔点玻璃粉为载体，通过熔融法制备TiO2@@SiO2/玻璃粉。吸附对光催化降解效率的提升起到非常关键的作用。因此探究了TiO2@@SiO2/玻璃粉材料对罗丹明B的吸附与光催化性能。通过改变水热包覆有机碳层的时间与煅烧处理温度，研究其对TiO2-NTs@@SiO2纳米管的晶型、形貌及其光催化活性的影响，进一步优化“化学形貌冻结法”，得到具有活性较好的TiO2-NTs@@SiO2纳米管光催化剂。通过水热包覆有机碳层的时间为9h，煅烧温度为650oC后得到的TiO2-NTs@@SiO2纳米管兼有较好的管形貌和锐钛矿晶型，在紫外光照射下展现出很好的光催化降解效果。选用NH4HCO3溶液与MgCl26H2O溶液为原料，采用均匀沉淀，水热，煅烧等方法成功合成了分级多孔纳米片组装的氧化镁微米棒（PS-MgO）。而且PS-MgO具有比表面积大（72m2/g）、气孔体积大、分级多孔结构等优点，对其吸附性能有着决定性的影响。对刚果红（CR）的吸附试验表明，经过120min的吸附，PS-MgO的吸附容量到达了392mgg-1是分级纳米片组装的氢氧化镁微米棒（S-Mg(OH)2）的1.3倍，是经煅烧经处理的氧化镁微米棒（P-MgO）的2.3倍。PS-MgO展现出优越的吸附性能，可以作为光催化剂的载体，为TiO2-NTs@@SiO2纳米管获得更高的光催化活性提供保障。
【作者】徐友峰；
【导师】王晟；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】二氧化钛；氧化镁；光催化；吸附；载体；水热；

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