Fe_2O_3基纳米棒阵列的制备及其在污水处理中的应用

【摘要】：水资源匮乏和污染是当今社会的一大难题,尤其在我国这样一个水资源相对缺乏的国家。污水的处理方法有很多,传统的物理、生物、化学分解等降解方法对含有难降解成分的污水以及较高浓度的废水处理情况不尽理想,并且容易造成二次污染。而近年来出现的光催化降解技术具有绿色、环保的特点,已成为污水处理领域的一个热点研究课题。 TiO2是目前应用最为广泛的光催化剂,但是由于其禁带宽度较大,太阳能利用率低,以及难以回收等缺点制约了它的实际应用。α-Fe2O3的禁带宽度为2.1 eV,可以吸收600nm处的可见光,光吸收率达太阳光能量的40%,并且价格低廉,具有很好的应用前景。 本文采用水热法在铺膜处理后的石英玻璃基片上制备出Fe2O3纳米棒阵列,解决了催化剂难以回收利用的问题。本文系统地研究了反应物浓度和摩尔比、反应温度和时间、pH值等制备条件对阵列形貌的影响。利用FE-SEM、Raman、UV-Vis等对制备样品进行了分析及表征,并测试了它的光催化性能。结果表明：Fe2O3纳米棒为α-Fe2O3结构,Fe2O3晶核在铺膜基片活性位点快速成核并生长成纳米棒。随着前驱液浓度增加,Fe2O3纳米棒密度和尺寸增大；随着水热温度升高,Fe2O3纳米棒结晶发育程度变好,但温度过高会使其失去棒状形貌；前驱液pH值对纳米棒形貌有很大影响；Fe2O3纳米棒阵列可有效吸收可见光并对甲基蓝具有较好的降解效果。 在前人研究的TiO2纳米棒阵列以及本论文制备出的形貌、性能良好的Fe2O3纳米棒阵列的基础上,首次将Fe2O3纳米棒阵列与TiO2纳米棒阵列进行复合,UV-Vis测试表明复合阵列的光能利用率明显高于单一Fe2O3纳米棒阵列,而且对甲基蓝的降解率以及重复利用率都有显著提高。 【关键词】：Fe_2O_3基纳米棒 水热法制备 光催化性能
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 半导体材料的光催化性质11-13
• 1.3 三氧化二铁的结构与性能13
• 1.4 三氧化二铁光催化基本原理13-14
• 1.5 纳米材料的制备方法14-17
• 1.5.1 气相法14-15
• 1.5.2 液相法15-17
• 1.6 提高光催化剂反应活性的途径17-21
• 1.6.1 贵金属沉积17
• 1.6.2 金属离子掺杂17-18
• 1.6.3 非金属掺杂18-19
• 1.6.4 光敏剂敏化19
• 1.6.5 半导体材料复合19-21
• 2 纳米棒生长基底的预处理21-25
• 2.1 实验试剂及仪器21-22
• 2.2 Fe(OH)_3胶体的制备22-23
• 2.3 基底预处理23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 Fe_2O_3纳米棒阵列的制备及其在污水处理中的应用25-49
• 3.1 不同制备条件对Fe_2O_3纳米棒阵列形貌的影响25-45
• 3.1.1 水热反应时间的影响25-30
• 3.1.2 铺膜胶体浓度的影响30-31
• 3.1.3 铺膜胶体层数的影响31-34
• 3.1.4 水热后退火处理的影响34-35
• 3.1.5 前驱液浓度的影响35-38
• 3.1.6 水热反应温度的影响38-42
• 3.1.7 前驱液pH值的影响42-45
• 3.2 Fe_2O_3纳米棒阵列的光催化性能45-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 TiO_2/Fe_2O_3复合纳米棒阵列的制备及其在污水处理中的应用49-54
• 4.1 TiO_2纳米棒阵列的制备过程49-50
• 4.2 TiO_2/Fe_2O_3复合纳米棒阵列的制备过程50-52
• 4.3 TiO_2/Fe_2O_3复合纳米棒阵列的光催化性能52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 结论54-55
• 参考文献55-59
• 学位论文数据集59

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