铝酸盐尖晶石的制备及光催化性能研究

论文摘要

尖晶石构型光催化剂以其禁带宽度较窄、有较高催化活性等特点引起了人们的广泛关注。本文主要研究铝酸盐尖晶石的制备及光催化性能。以有机物前驱体法制备了一系列铝酸盐尖晶石光催化剂:CoAl2O4、NiAl2O4、CuAl2O4和ZnAl2O4,采用热重—差热、红外光谱、X-射线衍射、透射电镜、紫外—可见漫反射光谱等方法对样品进行了表征。结果表明:除CuAl2O4外,CoAl2O4、NiAl2O4和ZnAl2O4煅烧时均直接形成尖晶石相。煅烧CuAl2O4前驱体出现的CuO中间相直到900℃才完全消失。在以甲基橙为降解物的光催化性能测试中,发现禁带宽为1.92eV的CuAl2O4具有最优异的光催化效果。研究了有机物前驱体法合成CuAl2O4的工艺条件,利用X-射线衍射对光催化剂进行了表征,以甲基橙为降解物检测了光催化活性。实验结果表明,分段升温（600℃煅烧3h和800℃煅烧0.5h）方式有效地提高了CuAl2O4的光催化活性。结合红外光谱研究了有机物前驱体法的反应机理。考察了不同光源、甲基橙初始浓度、溶液pH值、催化剂用量等因素对甲基橙脱色率的影响。结果表明:CuAl2O4在可见光下有较高的催化活性,其光催化效率与甲基橙初始浓度成反比;中性条件的溶液有利于CuAl2O4降解甲基橙;0.1g CuAl2O4是降解0.5mg甲基橙（10 mg/L）的最佳用量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光催化研究概述
• 1.1.1 光催化制氢
• 1.1.2 环境友好光催化
• 1.2 光催化作用的基本原理
• 1.2.1 光催化降解机理
• 1.2.2 光催化分解水的机理
• 1.3 影响光催化剂活性的因素
• 1.3.1 晶型及结构的影响
• 1.3.1.1 晶相结构的影响
• 1.3.1.2 晶格缺陷的影响
• 1.3.2 粒径的影响
• 1.3.3 表面羟基的影响
• 1.3.4 能带位置的影响
• 1.3.5 其它因素的影响
• 1.4 光催化剂的改性技术
• 1.4.1 表面贵金属的沉积
• 1.4.2 金属离子掺杂
• 1.4.3 非金属离子掺杂
• 1.4.4 光敏化
• 1.4.5 半导体光催化材料的复合
• 1.4.6 孔结构对光催化剂的影响
• 1.5 光催化技术的应用
• 1.5.1 在环保方面的应用
• 1.5.1.1 有机污染物的处理
• 1.5.1.2 无机污染物的处理
• 1.5.2 在卫生保健方面的应用
• 1.5.3 化学合成
• 1.5.3.1 有机合成
• 1.5.3.2 无机合成
• 1.5.4 表面自洁
• 1.5.5 能源转化
• 1.6 课题的意义及主要研究工作
• 参考文献
• 2O₄（M = CO, NI, CU, ZN）的制备及光催化性能研究'>第二章 MAl₂O₄（M = CO, NI, CU, ZN）的制备及光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 结构解析
• 2.1.2 尖晶石的性质和应用
• 2.1.3 制备方法
• 2.2 所用试剂及实验仪器
• 2.2.1 所用试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 光催化反应装置及性能表征
• 2.3.1 反应装置及实验步骤
• 2.3.2 表征手段
• 2O₄（M = CO, NI, CU, ZN）的制备'>2.4 MAl₂O₄（M = CO, NI, CU, ZN）的制备
• 2O₄ 的制备'>2.4.1 CoAl₂O₄的制备
• 2O₄ 的制备'>2.4.2 NiAl₂O₄的制备
• 2O₄ 的制备'>2.4.3 CuAl₂O₄的制备
• 2O₄ 的制备'>2.4.4 ZnAl₂O₄的制备
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 前驱体的热重—差热分析
• 2.5.2 红外光谱分析
• 2.5.3 物相分析
• 2.5.4 形貌及能谱分析
• 2.5.5 光催化活性比较
• 2.5.6 紫外—可见漫反射光谱
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 2O₄制备工艺的优化及合成机理研究'>第三章 CuAl₂O₄制备工艺的优化及合成机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 所用试剂及实验仪器
• 3.2.1 所用试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 2O₄ 的制备及实验步骤'>3.3 CuAl₂O₄的制备及实验步骤
• 3.4 性能影响因素研究
• 3.4.1 预烧方式
• 3.4.2 热处理方式
• 3.4.3 热处理时间
• 3.4.4 络合剂用量
• 3.4.5 酸化次序
• 3.4.6 制备方法
• 3.5 机理研究
• 3.5.1 主反应
• 3.5.2 副反应
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 2O₄光催化活性影响因素的探讨'>第四章 CuAl₂O₄光催化活性影响因素的探讨
• 4.1 引言
• 4.2 所用试剂及实验仪器
• 4.2.1 所用试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 2O₄ 的制备及实验步骤'>4.3 CuAl₂O₄的制备及实验步骤
• 4.4 光催化反应装置
• 4.4.1 紫外光和可见光反应装置
• 4.4.2 太阳光反应装置
• 2O₄ 光催化性能研究'>4.5 CuAl₂O₄光催化性能研究
• 4.5.1 暗态吸附和空白实验
• 4.5.2 光源的影响
• 4.5.3 染料初始浓度的影响
• 4.5.4 催化剂用量的影响
• 4.5.5 溶液pH 值的影响
• 4.5.6 反应温度的影响
• 4.5.7 不同染料脱色率的比较
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结
• 附录：硕士研究生在读期间发表的论文
• 致谢