活性碳纤维负载稀土碳共掺杂纳米tio,2的制备及其性能研究

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1、合肥工业大学硕士学位论文活性碳纤维负载稀土/碳共掺杂纳米TiO<,2>的制备及其性能研究姓名：胡江海申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘雪霆20090401活性碳纤维负载稀土磁共掺杂纳米Ti02的制备及其性能研究摘要为了克服纳米Ti02禁带宽度较宽、光响应范围窄的弱点，在溶胶．凝胶法制备纳米Ti02的过程中，采用碳和稀土金属中的钕／铈对Ti02进行共掺杂修饰，通过对低浓度亚甲基蓝溶液的降解考察其光催化能力。并分别采用偶联法和溶胶一凝胶法将制备出的催化剂负载到活性碳纤维(ACF)上，通过循环脱色实验比较了两种负载方法的效果

2、。研究结果表明：Nd／C共掺杂样品中，Ti02的晶型均为锐钛矿型，Nd和C的掺杂均能抑制Ti02粒径的生长，UV-vis漫反射结果显示Nd掺杂样品在可见光区出现明显的吸收峰，XPS分析得出C取代了Ti02中的O形成C．n键，而Nd取代了Ti改变了Ti02的晶格结构。光催化实验结果显示：当Nd：C：Ti摩尔比为0．006：0．15：l，40℃溶胶，550℃煅烧，升温速率为5℃·min"1时，制备的Ti020Nd-C活性最高，白炽灯下，当催化剂投加量为2g·L～，体系pH值为3时，共掺杂催化剂对亚甲基蓝溶液的脱色率2h后达24．8％

3、。Ce／C共掺杂样品中Ti02的晶型也以锐钛矿型为主，并且Ce对Ti02粒径生长的抑制作用比Nd更明显，掺杂后样品的红移效果也优于Nd掺杂样品。XPS表征显示：Ce取代了Ti改变了Ti02的晶格结构，并以Ce3+和Ce4+两种价态存在。催化剂制备的优化条件为：Ce：C：Ti摩尔比为0．002：0．30：1，煅烧温度：650℃，升温速率：8℃·min"1。白炽灯下，2h对低浓度亚甲基蓝溶液脱色率达63．2％。分别采用偶联法与溶胶．凝胶法将Ti02．Ce．C负载到ACF上。两种制备方法的最佳负载率分别为：5．82％和8．41％。循环

4、脱色实验比较表明溶胶．凝胶法制备的复合材料活性较高。SEM表征显示：与偶联法相比，溶胶．凝胶法制备出的复合材料上，Ti02的分布较均匀。关键词：纳米Ti02、共掺杂、负载、ACF、可见光催化PreparationandPropertiesofRareEarth—-CCo--dopedTi02NanoparticlesLoadedonActivatedCarbonFibersAbstractInordertoovercometheshortcomingsofTi02’Swidebandgapandnarrowphotorespon

5、serange，Nd(Ce)andCwereCO—dopedonTi02insol-gelprocess．Photocatalyticabilityofas-preparedTi02WaSinvestigatedbydegradationoflowconcentrationmeth)rleneblue(MB)solution．Then，photocatalystswereloadedonactivatedcarbonfibers(ACF)bycouplingandsol-gelmethods，respectively,andth

6、ecyclicdecolorationabilitiesoftwokindsofTi02-loadedACFmaterialswerecompared．TheresultsshowedthatthecrystallinephaseofNd／CCO—dopedTi02wasanataseandthesizeofthephotocatalystsdecreasedafterproperdopingofNdandC．UV—Visshowedthatthereappearedtwoobviousabsorptionpeaksinthev

7、isibleregion．X—rayphotoelectronspectroscopy(xPs)showedthatC—TibondwasformeduponthereplacementofObyC，andthatofTibyNdchangedTi02’Slatticestructure．Theresultsofphotocatalysisexperimentsshowedt11at，thecatalystpreparedwitIlthesoltemperature，calciningtemperatureandthemolar

8、ratioofNd：C：Tiat40℃，550℃(5℃·minq)and0．006：0．15：l，respectively,displayedthehighestcatalyticactivity,i．e．；thedecolorationdegreeofMBre