Fe3+鹽與鈦酸共水解產(chǎn)物的光活性及光催化性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，光催化技術(shù)已成為一種具有廣闊應(yīng)用前景的污水處理方法，逐漸成為人們廣泛研究的熱點(diǎn)。TiO2是目前研究和應(yīng)用較多的光催化劑，具有較強(qiáng)的光催化能力、較好的穩(wěn)定性、無毒無污染等多重優(yōu)點(diǎn)。由于TiO2的帶隙較寬，為3.2ev，其光吸收僅局限于紫外區(qū)，不能充分利用太陽光;而Fe2O3的禁帶寬度為1.9-2.2ev，能更好的利用太陽能，但其光吸收效率較低。因此，鑒于這兩種材料的優(yōu)缺點(diǎn)，如果能將Fe2O3和TiO2做成復(fù)合材料，通過半導(dǎo)體的復(fù)合

2、，擴(kuò)展光催化材料的光吸收范圍，提高光吸收效率和電荷分離率，從而改善光催化劑的光吸收性能和催化降解效率。論文主要工作及研究結(jié)果如下:
　　1、以FeCl3為Fe3+源，在不同nFe/nTi比值和NO3-、SO42-、Cl-、PO43-等不同陰離子介質(zhì)中使Fe3+鹽與鈦酸進(jìn)行沸騰回流共水解作用，制備得到了Fe2O3-TiO2復(fù)合材料。采用XRD、TEM、UV-Vis DRS和PL光譜等表征手段詳細(xì)比較了nFe/nTi比值和不同陰離子對

3、產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)的影響。以萘酚藍(lán)黑(NBB)為模型污染物，采用動力學(xué)評價法比較研究了nFe/nTi比值和不同陰離子對Fe2O3-TiO2復(fù)合材料光催化活性的影響。最后，結(jié)合文獻(xiàn)結(jié)果，初步探討了不同量的Fe3+摻雜或復(fù)合對產(chǎn)物光催化作用的影響機(jī)制。
　　2、堿法水熱24 h得到的鈦酸前驅(qū)物呈細(xì)長的管狀一維納米材料鈦酸。鈦酸經(jīng)熱處理后轉(zhuǎn)化為純的單一晶相的銳鈦礦型TiO2，形貌基本保持不變。延長水熱為48h得到的TiO2，呈不規(guī)

4、則的片狀顆粒，微孔結(jié)構(gòu)被破壞，吸收邊藍(lán)移。不同nFe/nTi比的Fe2O3-TiO2呈分散開的包覆型納米晶顆粒狀態(tài)，隨著nFe/nTi比的不斷增大，合成產(chǎn)物的顆粒尺寸和分散度發(fā)生變化是影響其光催化活性的重要因素之一。在NO3-、PO43-及Cl-介質(zhì)中Fe2O3-TiO2呈分散開的包覆型納米晶顆粒狀態(tài)，以在HCl/FeCl3介質(zhì)中的分散性最好;在SO42-介質(zhì)中，當(dāng)nFe/nTi=0.3時，產(chǎn)物中出現(xiàn)了大量細(xì)長的鈦酸納米管，有部分TiO

5、2顆粒附著和鑲嵌在管上。
　　3、不同水熱時間的TiO2光催化活性為:TiO2(24h)＞TiO2(48h)。不同nFe/nTi比的Fe2O3-TiO2的光催化活性大小順序?yàn)?Fe2O3-TiO2(0.1)＞Fe2O3-TiO2(0.3)＞Fe2O3TiO2(0.7)＞Fe2O3-TiO2(0.5)＞TiO2＞Fe2O3-TiO2(0.05)，說明當(dāng)nFe/nTi=0.05時，F(xiàn)e2O3的復(fù)合抑制了TiO2的光催化活性，但隨著Fe

6、2O3量的增大，F(xiàn)e2O3-TiO2的吸附性能和光催化活性要優(yōu)于TiO2，在nFe/nTi=0.1時處于最佳。
　　4、不同介質(zhì)中，摻雜不同nFe/nTi比的Fe2O3對TiO2光催化降解NBB活性起到不同的作用。在NO3-、SO42-、Cl-介質(zhì)中，F(xiàn)e2O3的復(fù)合可以提高TiO2的吸附性能和光催化活性;在PO43-介質(zhì)中，F(xiàn)e2O3的復(fù)合對TiO2的光催化活性表現(xiàn)出明顯的抑制作用，分析其原因可能是因?yàn)镕e3-在水解聚合中，部分

7、PO43-被裹于其中，使得三價鐵鹽不能轉(zhuǎn)化為晶核。當(dāng)nFe/nTi=0.1時，NO3-、SO42-、Cl-、PO43-介質(zhì)中，F(xiàn)e2O3-TiO2的光催化活性大小順序?yàn)?Fe2O3-TiO2(Cl-1)＞Fe2O3-TiO2(SO42-)＞Fe2O3-TiO2（NO3-）＞TiO2＞Fe2O3-TiO2(PO43-)。當(dāng)nFe/nTi=0.3時，NO3-、SO42-、Cl-、PO43-介質(zhì)中，F(xiàn)e2O3-TiO2的光催化活性大小順序?yàn)?

8、Fe2O3-TiO2(SO42-)＞Fe2O3-TiO2(Cl-)＞Fe2O3-TiO2（NO3-）＞TiO2＞Fe2O3-TiO2(PO43-)。
　　5、利用DRS、PL表征，結(jié)果可歸納為:在HNO3/Fe(NO3)3介質(zhì)和H2SO4/Fe2(SO4)3介質(zhì)中，摻雜Fe2O3后，F(xiàn)e2O3-TiO2對光的吸收有很大變化，均出現(xiàn)吸收帶邊紅移和光吸收強(qiáng)度升高，TiO2的帶隙能減小，這使得Fe2O3-TiO2對光的利用率增大，促進(jìn)了

9、光催化反應(yīng)的進(jìn)行;此條件下，F(xiàn)e2O3-TiO2復(fù)合光催化劑活性變化與PL譜峰的強(qiáng)度變化呈負(fù)相關(guān)性。在H3PO4/FeCl3介質(zhì)中，F(xiàn)e2O3的復(fù)合降低了TiO2對光的吸收，使TiO2的光催化活性受到抑制;此時，F(xiàn)e2O3-TiO2復(fù)合光催化劑活性變化與PL譜峰的強(qiáng)度變化呈正相關(guān)性。
　　6、初步探究了復(fù)合納米粒子Fe2O3-TiO2光催化反應(yīng)機(jī)理。當(dāng)Fe2O3的摻雜量較少或過量時，都會影響電子-空穴對的分離，致使Fe2O3-Ti