【摘 要】
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以光催化技术为主导的环境治理方案开始越来越多地应用在空气净化、污水治理、土壤修复等领域,取得了很大成效。在种类众多的光催化剂中,Ti O2类半导体材料因其价格低廉、原料丰富、效果显著等特点被广泛研究,而石墨烯作为一种新型的二维碳材料,其优异的电子传输能力和吸附能力有望进一步提升Ti O2类材料的光催化性能。本文旨在制备具有高活性晶面的Ti O2光催化剂,并将其与石墨烯复合,制备更高效的光催化剂。通
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以光催化技术为主导的环境治理方案开始越来越多地应用在空气净化、污水治理、土壤修复等领域,取得了很大成效。在种类众多的光催化剂中,Ti O2类半导体材料因其价格低廉、原料丰富、效果显著等特点被广泛研究,而石墨烯作为一种新型的二维碳材料,其优异的电子传输能力和吸附能力有望进一步提升Ti O2类材料的光催化性能。本文旨在制备具有高活性晶面的Ti O2光催化剂,并将其与石墨烯复合,制备更高效的光催化剂。通过SEM、TEM、XRD、XPS等分析手段和对染料的降解效果综合考察了各种样品的光催化活性。主要包括以下两部分内容:选取硫酸钛（Ti（SO4）2）为钛源,氢氟酸（HF）为形貌控制剂,以水热法制备了粉末状Ti O2光催化剂,考察了HF添加量、水热反应温度、水热反应时间等因素对光催化剂的性能影响。结果表明,适量HF添加量有利于暴露{001}晶面,适当的反应温度和反应时间有利于增大颗粒结晶度,促进晶型成型。当F/Ti摩尔比为1.0（即HF添加量为1.0m L）,水热反应温度为180℃,水热反应时间为12 h时制备的样品形貌较好,粒径均一,性能最佳,对甲基橙溶液的降解效果为光催化反应90 min降解率达92.5%。选取天然石墨粉为原料,采用Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,在制备暴露高活性晶面Ti O2的基础上进一步制备了Ti O2/石墨烯复合材料。由于石墨烯具有超高的电子传输能力和优良的吸附性能,与纯Ti O2样品相比,复合材料表现出更高的光催化活性。石墨烯质量分数为6%时复合样品的光催化性能最佳,光催化反应15 min的降解效果约是纯Ti O2样品的1.67倍。考察了对甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B的降解效果,结果表明复合材料对罗丹明B降解效率最高,亚甲基蓝次之,甲基橙最差;考察了反应体系的p H值对光催化效果的影响,结果表明弱酸环境中降解效率最高,中性环境效果次之,碱性环境中效果最差;考察了复合材料的循环使用效果,循环五次之后仍有90.3%的降解率,表明复合材料具有一定的循环性能。
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