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纳米TiO_2的掺杂改性及在炸药厂污水处理中的应用

来源:论文学术网
时间:2024-08-20 13:53:43
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纳米TiO_2的掺杂改性及在炸药厂污水处理中的应用【摘要】:目前纳米TiO_2光催化技术在化学、物理、材料、环境、能源等领域有着广泛的应用前景。在降解污染物方面,纳米TiO_2具有

【摘要】:目前纳米TiO_2光催化技术在化学、物理、材料、环境、能源等领域有着广泛的应用前景。在降解污染物方面,纳米TiO_2具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、非选择地降解有机污染物、无二次污染等优点,在治理污染的研究中引起了广泛的重视。 本文以钛酸丁酯为原料,用醇盐水解法制备了纳米TiO_2,并用稀土离子来对其掺杂改性。通过实验研究了煅烧温度、干燥方式对纳米TiO_2晶相组成、粒径大小以及光催化活性的影响。实验表明,干燥方式对纳米TiO_2经高温煅烧后的晶相组成、粒径和光催化活性有显著的影响。XRD、TEM分析显示,真空干燥和超临界干燥的纳米TiO_2经850℃煅烧处理后,其晶相主要是锐钛矿相,粒径在50nm左右;通过降解甲基橙显示具有较好的光催化活性。 通过对纳米TiO_2进行掺杂,制备了分别掺杂Y等稀土离子和SiO_2、B_2O_3、单独掺杂SiO_2的纳米TiO_2粉体。发现掺杂Y等稀土离子和SiO_2、单独掺杂SiO_2均能提高纳米TiO_2的光催化活性,尤其是经高温煅烧处理后,掺杂纳米TiO_2依然具有较好的光催化活性。经正交试验优化和响应曲面法实验,深入研究了SiO_2的掺杂量、煅烧温度、干燥方式对纳米TiO_2的光催化活性的影响及机理。在本实验条件下筛选出SiO_2掺杂量为9.0%,经红外干燥和850℃煅烧处理后的纳米TiO_2粉体具有最好的光催化活性。XRD、TEM分析显示,在此工艺条件下制备的纳米TiO_2晶相为锐钛矿相,晶粒粒径在20nm左右。说明SiO_2掺杂提高了TiO_2的相转变温度,抑制了纳米粒子的长大。 在制备得经高温处理,依然具有较好光催化活性的掺杂纳米TiO_2后。通过载体负载掺杂SiO_2的纳米TiO_2来制备复合体,为纳米TiO_2的实际应用进行探索性研究。实验比较了不同陶瓷载体、不同负载工艺、不同负载量和不同载体粒径制备的复合体的光催化活性。经XRD、SEM、X能谱分析,经850℃煅烧处理后的复合体,纳米TiO_2与载体表面紧密结合,载体表面上的掺杂纳米TiO_2依然保持锐钛矿相。筛选出了具有较高光催化活性,负载掺杂SiO_2的纳米TiO_2陶瓷复合体的制备工艺。 将筛选出的具有较高光催化活性的陶瓷复合体,应用于降解某炸药厂生产排放的污水。经光降解实验发现,污水中的主要污染物均被不同程度地降解了,并且经复合体光催化降解后的污水,基本达到了国标《兵器工业水污染物排放标准火炸药(GB14470.1-93 1994-01-01实施)》规定的排放标准。 【关键词】:纳米TiO_2 掺杂 光催化活性 复合体
【学位授予单位】:贵州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:X789
【目录】:
  • 中文摘要5-6
  • 英文摘要6-21
  • 第一章 概述21-33
  • 1.1 引言21
  • 1.2 TiO_2光催化降解有机污染物的研究概况21-25
  • 1.2.1 TiO_2光催化反应机理21-23
  • 1.2.2 影响光催化效果的因素23-25
  • 1.2.3 TiO_2光催化剂的研究历史及现状25
  • 1.3 纳米TiO_2改性技术原理及途径25-28
  • 1.3.1 半导体复合25-26
  • 1.3.2 金属离子掺杂26-27
  • 1.3.3 金属沉积27-28
  • 1.3.4 非金属掺杂28
  • 1.3.5 表面敏化28
  • 1.4 纳米TiO_2光催化降解污染物的应用范围28-30
  • 1.4.1 空气中有害物质的去除28-29
  • 1.4.2 废水中污染物的去除29
  • 1.4.3 饮用水的深度处理29-30
  • 1.4.4 光催化杀菌30
  • 1.5 纳米TiO_2光催化材料的应用及固定化技术30-31
  • 1.5.1 纳米TiO_2光催化材料在应用中的问题30-31
  • 1.5.2 固定化技术的研究现状31
  • 1.6 本课题研究的意义和内容31-33
  • 1.6.1 本课题研究的意义31-32
  • 1.6.2 本课题研究的内容32-33
  • 第二章 纳米TiO_2的制备与改性及陶瓷负载纳米TiO_2复合体的制备33-43
  • 2.1 试剂与仪器33-34
  • 2.1.1 试剂33
  • 2.1.2 仪器33-34
  • 2.2 纳米TiO_2粉体的制备与光催化性能表征34-35
  • 2.2.1 纳米TiO_2粉体的制备工艺选择34
  • 2.2.2 纳米TiO_2粉体的制备34-35
  • 2.2.3 纳米TiO_2粉体光催化性能表征35
  • 2.3 SiO_2及稀土离子掺杂纳米TiO_2的制备35-36
  • 2.3.1 SiO_2及稀土离子掺杂纳米TiO_2的制备35-36
  • 2.3.2 SiO_2及稀土离子掺杂纳米TiO_2粉体光催化性能表征36
  • 2.4 硼、SiO_2掺杂纳米TiO_2的制备36-37
  • 2.4.1 硼掺杂纳米TiO_2的制备与光催化性能表征36-37
  • 2.4.2 SiO_2掺杂纳米TiO_2的制备与光催化性能表征37
  • 2.5 正交实验37-38
  • 2.6 响应曲面法(RSM)实验38
  • 2.7 陶瓷负载SiO_2掺杂纳米TiO_2的制备与光催化性能表征38-41
  • 2.7.1 陶瓷载体的制备38
  • 2.7.2 陶瓷负载SiO_2掺杂纳米TiO_2的制备38-41
  • 2.7.3 负载SiO_2掺杂纳米TiO_2的陶瓷复合体光催化性能表征41
  • 2.8 陶瓷复合体光催化降解炸药厂排放污水实验41
  • 2.9 实验测试方法41-43
  • 2.9.1 水样检测41-42
  • 2.9.2 光催化剂检测42-43
  • 第三章 纳米TiO_2光催化剂性能研究43-66
  • 3.1 甲基橙浓度与吸光度标准曲线的绘制43
  • 3.2 纯纳米TiO_2粉体的性能分析43-52
  • 3.2.1 煅烧温度对纳米TiO_2性能的影响43-46
  • 3.2.2 干燥方式对纳米TiO_2性能的影响46-52
  • 3.3 SiO_2和稀土掺杂纳米TiO_2的光催化性能分析52-54
  • 3.3.1 选择SiO_2和稀土复合掺杂的原因52-53
  • 3.3.2 煅烧温度及稀土离子掺杂量的影响53-54
  • 3.4 硼掺杂纳米TiO_2的性能分析54-55
  • 3.5 SiO_2掺杂纳米TiO_2的性能分析55-66
  • 3.5.1 SiO_2不同掺杂方法对催化剂性能的影响55-56
  • 3.5.2 SiO_2掺杂量及煅烧温度对催化剂性能的影响56-61
  • 3.5.3 实验条件优化61-63
  • 3.5.4 响应曲面法(RSM)实验结果及讨论63-65
  • 3.5.5 光催化剂性能评价结果65-66
  • 第四章 陶瓷负载SiO_2掺杂的纳米TiO_2复合体性能研究66-74
  • 4.1 结果与讨论66-69
  • 4.1.1 不同陶瓷的比较66
  • 4.1.2 不同负载量的比较66-67
  • 4.1.3 不同负载方式的比较67-68
  • 4.1.4 不同陶瓷粒径的比较68-69
  • 4.2 复合体表征69-72
  • 4.2.1 复合体上TiO_2的负载量69-70
  • 4.2.2 样品X衍射(XRD)分析70
  • 4.2.3 样品扫描电子显微镜(SEM)分析70-71
  • 4.2.4 样品X射线能谱分析71-72
  • 4.3 复合材料光催化性能的评价结果72-74
  • 第五章 负载SiO_2掺杂的纳米TiO_2陶瓷复合体对有机废水的降解74-77
  • 5.1 污水水样概况74
  • 5.1.1 污水水样的主要成分及特点74
  • 5.1.2 污水水样的理化指标74
  • 5.2 光催化降解污水实验结果与讨论74-75
  • 5.3 陶瓷复合体降解污水的评价结果75-77
  • 第六章 结论77-79
  • 6.1 结论77
  • 6.2 建议及展望77-79
  • 致谢79-80
  • 参考文献80-84
  • 附录84-85
  • 原创性声明85
  • 关于学位论文使用授权的声明85


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