核殼型磁性納米光催化劑的制備、結(jié)構(gòu)及光催化性能研究.pdf

1、具有光催化活性的銳鈦礦型納米TiO2，是一種良好的去除廢水中有機(jī)污染物的光催化劑，但由于粒徑較小，不易從大量的廢水中分離。磁性納米光催化劑是以磁性物質(zhì)為載體的新型催化劑，它不僅具有光催化活性，而且具有磁性，能夠在外加磁場下方便的從反應(yīng)液中分離，從而解決催化劑的分離問題，但目前大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的磁性納米光催化劑中存在磁核Fe3O4易氧化，高溫處理后表面關(guān)鍵活性位點(diǎn)OH減少等問題。
　　 本論文用本室自創(chuàng)的層狀前體法制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、磁

2、性能好的尖晶石鐵氧體為磁核，用一種水溶性鈦的絡(luò)合物TAL,H為鈦前體，首次采用尿素水解法，制備出新穎的具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米光催化劑TiO2/MFe2O4和TiO2/SiO2/MFe2O4(M=Co，Mg)，驗(yàn)證了催化劑的核殼結(jié)構(gòu)并研究了催化劑的物化性能和光催化活性。本論文得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)以TALH為鈦前體，采用尿素水解法合成光活性銳鈦礦型二氧化鈦的過程中，處理溫度是關(guān)鍵因素。隨著處理溫度的增加，二氧化鈦樣品表面

3、的吸附水、表面羥基和表面殘余有機(jī)物逐漸脫除，二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)變得更加規(guī)整。300℃處理樣品光催化降解甲基橙活性最高，與DegussaP25活性相當(dāng)，歸因于該樣品較高的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整度和表面適量的能夠捕獲電子和空穴的OH基團(tuán)。同時(shí)，300℃的處理溫度比其他鈦源制備的二氧化鈦處理溫度(400～500℃)低。
　　 (2)以磁性尖晶石鐵氧體MFe2O4(M=Co,Mg)為磁核，TALH為鈦前體，用尿素水解法制備出系列磁性納米光催化劑Ti

4、O2/MFe2O4和TiO2/SiO2/MFe2O4(M=Co,Mg)。
　　 首先，在TiO2/MFe2O4和TiO2/SiO2/MFe2O4M=Co,Mg)兩個(gè)體系中研究了惰性中間層SiO2對磁性納米光催化劑催化活性的影響。結(jié)果表明，寬禁帶寬度的中間層SiO2能夠阻止TiO2光生電子-空穴向窄禁帶寬度的尖晶石鐵氧體MFe2O4轉(zhuǎn)移，從而減少了電子-空穴的轉(zhuǎn)移與復(fù)合，提高了磁性納米光催化劑的光催化活性。
　　 其次，著

5、重探討了磁性納米光催化劑TiO2/SiO2/CoFe2O4的核殼結(jié)構(gòu)與光催化性能。采用TEM、SEM-EDS和XPS等表征手段證明TiO2/SiO2/CoFe2O4具有核(CoFe2O4)-中間層(SiO2)-殼(TiO2)式結(jié)構(gòu)，中間層SiO2與TiO2之間通過Si-O-Ti相連接，根據(jù)表征數(shù)據(jù)嘗試給出了TiO2/SiO2/CoFe2O4核殼結(jié)構(gòu)模型。催化劑TiO2/SiO2/CoFe2O4單位質(zhì)量TiO2光催化降解甲基橙的活性與De

6、gussaP25和用TALH制備的純相TiO2的相近，歸因于SiO2對TiO2光生電子-空穴向CoFe2O4轉(zhuǎn)移和復(fù)合過程有效地抑制，提高了電子-空穴的分離效率。
　　 最后，考察了TiO2/SiO2/CoFe2O4的磁分離效率，研究了反應(yīng)后催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、表面基團(tuán)和在同種條件下新鮮催化劑和二次磁回收后的催化劑的光催化活性。結(jié)果表明磁回收后催化劑的晶體結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)變化很?。划?dāng)光照250min時(shí)，催化劑三次降解甲基橙的降解率分