磁性TiO2納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、TiO2是一種高效、無毒、無二次污染的光催化材料。目前，其研究重點主要集中在TiO2光催化材料的改性和負載兩個方面。本論文在傳統(tǒng)TiO2光催化材料研究基礎(chǔ)上，以Fe3O4為磁性核心，以SiO2為中間層，外層包覆TiO2，制備出三層包覆結(jié)構(gòu)的磁性TiO2/SiO2/Fe3O4復(fù)合材料，通過SiO2及TiO2的半導(dǎo)體復(fù)合及Fe3O4磁性核心的構(gòu)筑，既實現(xiàn)了TiO2在可見光范圍的響應(yīng)，提高其在可見光下的催化活性，又可以實現(xiàn)催化劑在外加磁場作用

2、下的回收和再利用。所制備的磁性TiO2/SiO2/Fe3O4復(fù)合材料采用多種表征手段對其結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能進行分析，重點考察了不同制備方法和制備工藝對復(fù)合材料形貌、晶體結(jié)構(gòu)等結(jié)果的影響。同時，以苯酚配水在模擬太陽光下的降解反應(yīng)為模型反應(yīng)，研究了磁性TiO2/SiO2/Fe3O4復(fù)合材料的光催化性能并優(yōu)化了反應(yīng)工藝條件。
　　 首先，用沉淀法和溶劑熱法制備Fe3O4磁性納米微球，并通過對反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、晶化時間等不同制備條件的

3、優(yōu)化，制備出晶型完整、尺寸均一的磁性納米核心，平均粒徑尺寸約為50nm。其次，通過st（o）ber法在Fe3O4磁性納米核心表面制備了SiO2中間層。通過XRD、SEM和FT-IR表征手段表征了Fe3O4不同超聲時間和靜置時間對SiO2/Fe3O4晶型、形貌和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，SiO2/Fe3O4中的SiO2中間層均以不定型的SiO2存在，其厚度約為10-20nm，F(xiàn)e3O4與SiO2之間具有一定的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)。
　　 最后，分

4、別采用酯類沉淀法、醇解法和溶膠凝膠法三種不同制備方法完成磁性TiO2/SiO2/Fe3O4納米復(fù)合材料中TiO2的包覆。通過SEM和TEM表征結(jié)果說明所制備的復(fù)合材料均可以將粒徑尺寸控制在100-150nm范圍內(nèi);XRD特征譜圖表明，酯類沉淀法制備的磁性TiO2/SiO2/Fe3O4納米復(fù)合材料中TiO2光催化材料具有很高的銳鈦礦相到金紅石相的相轉(zhuǎn)變溫度，相轉(zhuǎn)變溫度可以提高到800℃以上;而醇解法制備的復(fù)合材料中TiO2在較低焙燒溫度下

5、下便以銳鈦礦相存在，而銳鈦礦向金紅石的相轉(zhuǎn)變溫度也可以提高到700℃以上。TiO2/SiO2/Fe3O4磁性納米復(fù)合材料具有較好的超順磁性，其飽和磁化強度達到0.0150emu/g以上，可以實現(xiàn)在外加磁場下的磁性回收。樣品通過Uv-vis表征表明了復(fù)合材料具有較好的可見光光響應(yīng)性能，可以有效的將光響應(yīng)范圍拓展至700-750nm，禁帶寬度降低至1.45eV，這有利于提高對可見光的利用效率。
　　 以苯酚為模型污染物，評價磁性Ti

6、O2/SiO2/Fe3O4納米復(fù)合材料光催化性能。通過對不同TiO2/SiO2/Fe3O4納米復(fù)合材料制備工藝和催化反應(yīng)工藝的研究，考察了不同制備方法、焙燒溫度、TiO2含量、Fe3O4含量等不同制備工藝條件及反應(yīng)pH值、反應(yīng)時間、催化劑投加量及催化劑使用次數(shù)等催化反應(yīng)工藝條件對苯酚降解效率的影響，通過對制備工藝和反應(yīng)工藝條件的優(yōu)化，所制備的TiO2/SiO2/Fe3O4納米復(fù)合材料在模擬太陽光下，苯酚初始濃度為10mg/L條件下，反應(yīng)