纳米光催化剂的设计合成与性能研究

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本论文利用在温和条件下液相化学合成法成功制备了单分散纺锤状FeWO4和Fe2.25W0.75O4两种纳米颗粒并分别研究了它们作为有机废水处理用纳米光催化剂的各种性质。主要结果归纳如下:1.在温和水热条件下,利用柠檬酸作为表面活性剂合成出具有特殊纺锤状形貌的单分散FeWO4纳米光催化剂。在合成过程中,柠檬酸起到了4个作用:还原剂,络合剂,结构导向剂和稳定剂。另外,随着前驱体介质pH值的变化,FeWO4的形貌有大幅度的调整。利用紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱技术研究了FeWO4的光学性质。光降解实验表明,经过30分钟的紫外照射后,单分散纺锤状FeWO4纳米颗粒对甲基橙MO的降解效率是74%,这与普通FeWO4样品的57%和标准TiO2光催化剂P-25的56%相比显示出相当强的光降解活性。2.利用十二烷基苯磺酸钠作表面活性剂,通过水热法成功在Fe3O4主体基质中掺杂W合成出Fe2.25W0.75O4纳米颗粒。X射线衍射分析清楚地显示出Fe2.25W0.75O4纳米颗粒的所有峰相对于Fe3O4标准峰向小角度有微小的移动,这是由于主体晶格中Fe原子被较大的W原子所取代的结果。利用德拜-谢乐公式计算出颗粒大小大约在41nm。经过30分钟的10W紫外灯照射,用Fe2.25W0.75O4纳米颗粒降解甲基橙的光催化效率,与标准TiO2光催化剂P-25的55%相比,显示出更高的分解效率为67%。此外,所获得的Fe2.25W0.75O4纳米光催化剂具有良好的铁磁性,能够利用磁铁容易且快速的实现Fe2.25W0.75O4纳米光催化剂从降解后水体中的回收。多次连续光降解实验后观察到光催化剂的活性无明显降低,SEM证实其结构在连续循环使用5次后未遭到破坏,从而实现了纳米光催化剂的循环使用,减少资源浪费。这种兼具有较强光催化能力和良好磁性的新型双功能Fe2.25W0.75O4纳米光催化剂在有机废水的光催化处理领域展示出较好的应用前景。3.将上述2中的产物负载在氧化石墨烯上,利用氧化石墨烯的导电能力将激发电子与空穴迅速分离。降低了激发电子与空穴的复合,从而加强产物的光催化性能。实验结果表明所获得的产物达到了预期的设计效果,光催化活性增加,且继续保持了良好的磁性,为光催化进入实际领域提供了实验参考。
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