碳纳米纤维负载钐掺杂tiolt2gt纳米颗粒的制备及光催化性能研究

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1、摘要碳纳米纤维负载钐掺杂Ti02纳米颗粒的制备及光催化性能研究工业发展给环境带来了对水的污染，我国现行的污水处理方法虽然工艺成熟，但对于水体中存在的低浓度、生物难降解的某些有机污染物是无法去除的。在众多的光催化剂中，二氧化钛(，n02)以其价廉、无毒、稳定性好、催化效率高、能够再生循环利用等优点，成为目前研究的热点。然而仍然有两个因素限制了Ti02的工业应用：一是纯的Ti02光催化效率比较低；二是Ti02纳米颗粒催化剂易团聚，难以回收利用。为了解决上述的问题，掺杂和负载化是两个很好的方法和途径。本文用静电纺丝和溶胶．凝胶法相结合的方法，把含有钐离

2、子和Ti02前驱体的PAN溶液，通过静电纺丝法制得钐掺杂的Ti02前驱体删纤维，经过预氧化、浸渍水解和焙烧处理后，制得了钐掺杂的Ti02纳米颗粒负载于碳纳米纤维表面的杂化光催化材料(Sm．Ti02／c№)。为了研究Sm掺杂浓度、烧结温度以和纤维负载化对催化材料的表面形态、晶体结构的影响，我们分别做了SEM、TEM、EDX、XRD和XPS等测试表征，结果表明经过预氧化、水解和600。C、700"C和800℃碳化处理得到了不同的Sm-Ti02／CNFs，纤维表面负载的Ti02颗粒尺寸随着温度的升高而增大；同时晶体的类北京化工大学硕士学位论文型也逐渐由

3、锐钛矿向金红石相转变，600。C的样品中Ti02只有锐钛矿单一的晶相。在所有的样品中，钛元素都是以“的形式存在于Ti02，均匀分散在碳纳米纤维的表面。为了研究Sm-Ti02／CNFs的光催化性能，我们表征了样品在紫外光下对甲基橙溶液的光催化降解效率。与Ti02粉末相比，Ti02／CNFs的光催化活性要好一些，因为CNFs的较强吸附能力，纤维负载使TiOJCNFS获得了吸附．催化的协同效应。相对于Ti02JCNFs，Sm．TiOJCNFs的光催化活性有了明显的提高，这是因为Sm对Ti02的掺杂作用，且随着Sm掺杂量的增多，Sm．Ti02／CNFs的

4、光催化活性先提高后降低，存在着一个最佳掺杂浓度1．5％。钐掺杂的主要作用是抑制电子．空穴对的复合，从而提高光催化性能。关键词：二氧化钛；钐掺杂；碳纳米纤维；光催化剂；静电纺丝Ⅱ摘要PREPARATIONANDPHOTOCATAIxTICPERFORM陷LNCEOFCARBONNANOFIBERSSUPPoRTEDBYSmDOPEDTIT州IAABSTRACTTheindustrialdevelopmenthasbroughttheaddingwaterpollutiontotheenvironment，althoughthepresentsewa

5、getreatmentmethodinourcountryismature，somepollutantsarestillunabletoremove，suchassomeinlowconcentration，andcertainorganicpollutanthatthebiologydifficulttodegradete．Inmanyofthephotocatalysts，Titaniumdioxide(Ti02)hasbeenregardedasoneofthemostpromisingcandidatesbecauseofitsenvir

6、onmentalnon—toxicity，chemicalstabilityandlowcost．However，therearestilltwofactorsinhibitingitspracticalapplication：First，thephotochemicalcatalysisefficiencyofpureTi02isquitelow；Second，thenanoparticlesareeasyreunitinginliquidsolutionanddifficulttoreclaimandparticle-fluidseparat

7、eafterradiationtreatment．Tosolvetheproblemsabove，dopingmethodandimmobilizationaretwoeffectiveapproachs．Inthispaper,weusedthemeansofdopingandimmobilizationof'ri02ontothesupports．Compositesofdifferentconcentrationofm北京化工大学硕士学位论文samarium(Sm)dopedtitaniana—fioparticlesdispersedon

8、thecarbonnanofiberssurface(Sm-Ti02／CNFs)werepreparedviapreoxidation，