磁性負(fù)載納米光催化材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多的人意識(shí)到環(huán)境和人類自身的生存和發(fā)展息息相關(guān)，開始關(guān)注環(huán)境問題。治理被污染的水源和空氣是解決環(huán)境問題的必經(jīng)途徑之一。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N優(yōu)異的光催化劑，在凈化水源方面發(fā)揮著不可忽視的作用。很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，取得了不少成果，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。其中最主要一個(gè)問題是粉末狀的二氧化鈦在懸浮液中進(jìn)行光催化降解反應(yīng)之后，回收時(shí)損失率高，重復(fù)使用率低。為了解決這個(gè)問題，本論文嘗試把光催化劑和磁性材料結(jié)合起來，并對(duì)其進(jìn)行修飾，

2、以期制備一種同時(shí)具有高回收率和高催化效率的復(fù)合光催化劑。具體研究內(nèi)容如下：
　　 1．首先利用溶劑熱法制備出分散性好、均一度高的粒徑約為750nm的Fe3O4球。然后以Fe3O4磁性核為載體，以正硅酸乙酯為原料，在磁核外面進(jìn)行包覆，形成核-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@SiO2球，接著通過溶膠-凝膠法以鈦酸四丁酯為原料，在Fe3O4@SiO2外面包覆上一層具有光催化活性的TiO2，制備出雙層核-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@SiO2@TiO2微球，

3、最后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下煅燒，制備了表層為銳鈦礦型的Fe3O4@SiO2@TiO2復(fù)合催化劑。為了對(duì)比其光催化性能，我們又合成了中間沒有SiO2惰性層的Fe3O4@TiO2樣品，并用甲基橙水溶液作為模擬污染物，考察制備樣品的光催化活性及其重復(fù)使用時(shí)的光催化降解效率。另外，檢測了樣品的磁學(xué)性能，在包覆了兩層物質(zhì)后在常溫下仍具有59emu/g的磁飽和強(qiáng)度，完全能滿足快速高效回收的目的。結(jié)果表明Fe3O4@SiO2@TiO2光催化劑具有優(yōu)異的光催化性

4、能和高效回收利用率。
　　 2．以溶劑熱法制備得到的Fe3O4球?yàn)檩d體，以鈦酸四丁酯為原料，利用溶膠-凝膠法，直接在Fe3O4外面包覆上TiO2。在實(shí)驗(yàn)過程中通過加入NaCl溶液控制鈦酸四丁酯的水解速度，并利用層層自組裝法在Fe3O4外面循環(huán)包覆TiO2，最后制備出了不同殼層厚度的核-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@TiO2微球。接著在氮?dú)獗Ｗo(hù)下煅燒樣品，得到表層為銳鈦礦型TiO2的樣品。最后，以大分子偶氮染料甲基橙為模擬污染物，考察了樣品

5、的光催化降解能力。結(jié)果表明，在紫外光照射下，F(xiàn)e3O4@TiO2(5)樣品能在40min內(nèi)把溶液中的甲基橙降解99％以上。而且，樣品具有很好的磁響應(yīng)性，在Fe3O4外面包覆了五次TiO2之后仍具有較大的磁飽和強(qiáng)度(60emu/g)，完全能滿足快速高效回收的目的。實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，樣品在重復(fù)使用五次時(shí)，40min內(nèi)降解率仍能達(dá)到80％。最后，還對(duì)樣品光催化降解甲基橙進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)樣品降解甲基橙反應(yīng)屬于準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。