基于Ag3PO4的可见光催化剂的制备、表征及其在AO7降解中的应用研究

基于Ag3PO4的可见光催化剂的制备、表征及其在AO7降解中的应用研究

论文摘要

人类社会的发展对环境造成了很大的影响,一方面随着传统能源的日益枯竭,对新能源的开发提出了迫切的需求;另外一方面,伴随着发展而来的是严重的环境污染问题,这是科研工作者所面临的两个迫切需要解决的问题。TiO2作为良好的半导体光催化材料,在处理污水、抗菌、光解水等方面显示了巨大的应用潜力。但TiO2由于其禁带宽度的限制,使其主要只能吸收紫外光,所以寻找一种在可见光照射下就能分解水、降解污染物的半导体光催化剂是一项重要的研究课题。本文以十二水磷酸钠、磷酸氢二钠和硝酸银为原料,用水热法制备了A型、B型两种Ag3PO4催化剂,采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis等表征和测试方法获得了样品的晶相、表面形貌和光吸收性能等实验结果。以405 nm激光对A07溶液的降解为依据,测试了Ag3PO4样品的光催化性能。结果表明,Ag3PO4样品在405 nm的可见光下有很好的光催化性能。实验中分别制备了恒温160℃条件下保温2小时、5小时、12小时三种条件的A型Ag3PO4催化剂和160℃条件下保温2小时的B型Ag3PO4催化剂,并对相同量、不同时间制备的样品及同一样品不同剂量下光催化降解AO7的影响做了研究。结果表明B型催化剂用于降解AO7的效果要优于A型Ag3PO4催化剂。TiO2粒子在光催化过程中难以收集再利用,提高了其应用成本。本文对TiO2纳米粒子进行了改性,提高其在光催化应用中的重复利用率。我们以Fe3O4磁性纳米粒子为核,外层包裹TiO2,并在Ar2的保护下经过360℃、6小时的热处理来改变外层TiO2的晶型。在制备的Fe3(VTiO2复合粒子的基础上,制备了Fe304/TiO2/Ag3PO4三元复合粒子。作为比较材料,实验同时制备了Ti02粒子、Fe3O4/Ag3P04二元复合纳米粒子。对上述制备的催化剂用粒度仪、Zeta电位测试仪、紫外,可见分光光度计、X射线衍射仪、TEM等分析手段进行了表征。采用波长405 nm激光器作为催化光源,取相同质量上述制备的TiO2粒子、Fe3O4/Ag3PO4二元复合粒子、Fe3O4/TiO2、Fe3O4/TiO2/Ag3PO4样品进行AO7降解对比实验。对于Fe3O4/Ag3PO4和Fe3O4/TiO2/Ag3PO4两种光催化剂做了重复降解,考察粒子稳定性和光催化性能。结果显示对于相同量的不同类型的光催化剂来说,Fe3O4/TiO2/Ag3PO4三元复合材料的光催化效果最好。Fe3O4/Ag3PO4和Fe3O4/TiO2/Ag3PO4的光催化稳定性都很好。相同条件下,Fe3O4/Ag3PO4纳米粒子经过循环5次使用后,降解率仍达到67%;Fe3O4/TiO2/Ag3P04经过5次重复使用后,降解率达到97%,重复性和稳定性优于Fe3O4/Ag3PO4。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 研究背景
  • 1.3 纳米材料的独特性质
  • 1.3.1 纳米材料的表面效应
  • 1.3.2 纳米材料的小尺寸效应
  • 1.3.3 纳米材料的宏观量子隧道效应
  • 2光催化的反应原理'>1.4 半导体TiO2光催化的反应原理
  • 2光催化的因素'>1.5 影响TiO2光催化的因素
  • 1.5.1 催化剂晶相对光催化的影响
  • 1.5.2 溶液pH对光催化的影响
  • 1.5.3 催化过程中光源的影响
  • 1.5.4 催化剂的投加量的影响
  • 1.6 纳米粒子的制备方法
  • 1.6.1 物理方法
  • 1.6.1.1 机械粉碎法
  • 1.6.1.2 气体中蒸发法
  • 1.6.1.3 溅射法
  • 1.6.2 化学方法
  • 1.6.2.1 化学沉淀法
  • 1.6.2.2 溶胶—凝胶法
  • 1.6.2.3 微乳液法
  • 1.6.2.4 高温高压溶剂热法
  • 2光催化效率的方法'>1.7 改善TiO2光催化效率的方法
  • 2表面贵金属的沉积'>1.7.1 TiO2表面贵金属的沉积
  • 2与其他半导体的复合'>1.7.2 TiO2与其他半导体的复合
  • 2半导体表面光敏化'>1.7.3 TiO2半导体表面光敏化
  • 1.7.4 离子掺杂
  • 1.7.5 表面还原处理
  • 1.8 光催化剂的应用
  • 1.8.1 水污染处理
  • 1.8.2 自清洁材料制备
  • 1.9 本论文课题的提出及意义
  • 3PO4的制备、表征及光催化性能的研究'>第2章 Ag3PO4的制备、表征及光催化性能的研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 实验仪器与试剂
  • 2.2.1.1 仪器
  • 2.2.1.2 试剂
  • 3PO4催化剂的制备'>2.2.2 Ag3PO4催化剂的制备
  • 3PO4催化剂的制备(记为A型Ag3PO4)'>2.2.2.1 Ag3PO4催化剂的制备(记为A型Ag3PO4
  • 3PO4催化剂的制备(记为B型Ag3PO4)'>2.2.2.2 Ag3PO4催化剂的制备(记为B型Ag3PO4
  • 2.2.3 光催化降解AO7实验过程
  • 2.2.4 AO7溶液的测定实验
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 形貌分析
  • 2.3.2 紫外可将吸收光度图
  • 2.3.3 光催化降解结果
  • 2.4 本章小结
  • 3O4/TiO2/Ag3PO4的制备、表征及其光催化性能的研究'>第三章 Fe3O4/TiO2/Ag3PO4的制备、表征及其光催化性能的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验仪器与试剂
  • 3.2.1.1 实验所用仪器
  • 3.2.1.2 实验所用试剂
  • 3.3 催化剂的制备
  • 2纳米粒子的制备'>3.3.1 TiO2纳米粒子的制备
  • 3O4磁性纳米粒子的制备'>3.3.2 Fe3O4磁性纳米粒子的制备
  • 3O4/TiO2复合粒子的制备'>3.3.3 Fe3O4/TiO2复合粒子的制备
  • 3O4/TiO2/Ag3PO4复合粒子的制备'>3.3.4 Fe3O4/TiO2/Ag3PO4复合粒子的制备
  • 3O4/Ag3PO4的复合粒子的制备'>3.3.5 Fe3O4/Ag3PO4的复合粒子的制备
  • 3.4 催化剂的表征
  • 3.4.1 催化剂的形貌结构分析
  • 3.4.2 催化剂吸光度图谱分析
  • 3.4.3 催化剂的XRD图谱分析
  • 3.4.4 XPS结果分析
  • 3.5 光催化结果与讨论
  • 3.6 催化剂回收利用
  • 3.6.1 光催化剂的失活
  • 3.6.2 解决催化剂失活问题的途径
  • 3.6.3 催化剂重复使用的光催化结果及分析
  • 3.7 本章总结
  • 第四章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的论文
  • 相关论文文献

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