二氧化钛、四氧化三铁、壳聚糖复合物光催化降解偶氮染料的研究
二氧化钛作为一种半导体材料，具有制备成本低，结构稳定等特点。但是二氧化钛也有禁带宽度过大，光生空穴与光生电子复合率高，表面活性不高等问题，使得二氧化钛的使用范围大大受限。提高二氧化钛性能的方法主要是复合改性和掺杂改性。本项目通过提高光催化剂的表面活性、减小光催化剂的禁带宽度等方法，从而提高光催化效率：采用锐钛矿相二氧化钛(001)高能面暴露的方法提高表面活性；通过高能面暴露的二氧化钛与四氧化三铁、磁性壳聚糖复合，调整禁带宽度降低光生电子-空穴对复合率，从而提高光催化降解染料的效率。 本项目以钛酸四丁酯为二氧化钛的前驱体，制备了(001)高能面暴露的锐钛矿相二氧化钛；在此基础上，与四氧化三铁复合制备了四氧化三铁复合二氧化钛（Fe3O4@TiO2）的光催化材料，以及采用高能面暴露的二氧化钛与磁性壳聚糖复合，制备了磁性壳聚糖复合二氧化钛的光催化材料。通过紫外-可见漫反射的分析，发现四氧化三铁复合二氧化钛后可以减小禁带宽度，提高降解效果。采用Fe3O4@TiO2对酸性红73的光催化降解，发现四氧化三铁复合二氧化钛可以提高光催化降解酸性红73的效率。循环使用回收的Fe3O4@TiO2降解酸性红73，循环使用5次后，光催化剂出现“中毒”的现象。通过在高压汞灯下的自清洁过程，对“中毒”的催化剂进行“解毒”，可以恢复光催化剂的光催化活性。通过紫外可见光谱的分析，发现酸性红73的特征峰在光催化降解后有明显的下降，且光催化剂脱附后溶液颜色与酸性红73颜色不一致，说明Fe3O4@TiO2对酸性红73的发光基团有良好的降解效果，采用动力学模型，模拟降解过程，发现比较适合一级动力学模型，这也说明降解速率与染料的浓度呈线性关系。通过Fe3O4@TiO2和磁性壳聚糖复合二氧化钛光催化降解甲基橙的对比试验，发现壳聚糖的引入使得光催化剂的暗反应时吸附性能提高，有利于提高光催化剂附近的染料浓度，增加光催化剂与染料的接触机会，进而提升光催化降解效果，所以表现出磁性壳聚糖@TiO2的降解速率大于Fe3O4@TiO2的降解速率。通过甲基橙降解的机理分析，磁性壳聚糖@TiO2主要是依靠光催化降解来去除甲基橙。通过一级动力学方程模拟，光催化降解过程符合一级动力学模型，说明光催化降解速率与染料浓度呈线性关系。
二氧化钛;光催化降解;偶氮染料;四氧化三铁;壳聚糖复合物
武汉纺织大学
硕士
机械工程
孙利
2021
中文
TQ426.6;O643.36
2021-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）