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文檔簡介
第一章緒論1.1光催化的研究背景 什么是光催化?通常情況下,是指光觸媒在外界光的作用條件下發(fā)生的催化反應(yīng)[1]。隨著世界經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展,環(huán)境污染和能源供給不足越來越成為制約經(jīng)濟(jì)向前進(jìn)步的重大絆腳石。特別是在發(fā)展中國家,經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的生態(tài)環(huán)境破壞非常嚴(yán)重。如我國有位環(huán)保局領(lǐng)導(dǎo)指出的,有些產(chǎn)生環(huán)境污染的企業(yè),因其帶來的當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)效益、解決大量就業(yè)人口和已經(jīng)成為某些剛性需求的原因,已經(jīng)達(dá)到了關(guān)停不了、不能關(guān)、不敢關(guān)的程度了。自然環(huán)境是我們?nèi)祟惏ㄆ渌麆又参镔囈陨娴母荆缃裨絹碓絿?yán)重的環(huán)境污染,就是在斷我們子孫后代的路,清潔生產(chǎn)和污染物治理已經(jīng)成為當(dāng)代一項刻不容緩的任務(wù)了。在那些產(chǎn)生的污染中,化學(xué)污染降解周期長,危害最大,最急需處理。而現(xiàn)有的被使用較為廣泛治理污染的工藝,如物理材料吸附法,微生物降解法,焚燒法,填埋法等,雖然在一定程度上治理了污染,但是,那些工藝有些是治標(biāo)不治本,不能進(jìn)行大范圍、大規(guī)模使用,不能把污染物徹底凈化和消除,更要命的是大部分都有產(chǎn)生二次污染;而且,那些處理效果較好工藝,因其耗資巨大、耗能多、操作復(fù)雜等因素,被企業(yè)采納和使用的概率很小。因此,急需一種新型的工藝來改變這個局面的,光催化技術(shù)就是在這種環(huán)境下孕育而生,并成為研究熱門的。二十世紀(jì)七十年代,光觸媒被日本的大學(xué)一個還沒畢業(yè)的研究生在一個試驗中偶然發(fā)現(xiàn):在某種物質(zhì)存在的條件下,陽光把能H2O分解成H2和O2。這個現(xiàn)象后來被人們被稱為“本多·藤島效果”(Honda-FujishimaEffect)。從這之后,光催化作為一個新的領(lǐng)域被學(xué)者認(rèn)識并進(jìn)行研究。光催化技術(shù)有以下一些優(yōu)勢:第一,光催化反應(yīng)的進(jìn)行不存在工藝的能耗問題,使用的是我們身邊隨處可見、取之不盡用之不竭的太陽光,可極大地緩解我們的能源危機(jī)問題;第二,光催化反應(yīng)條件溫和、易控制,操作環(huán)境安全性高;第三,光催化劑制作簡單、性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保,有些還可以循環(huán)使用;第四,光催化技術(shù)可以將有機(jī)物污染徹底地降解為二氧化碳和水,不產(chǎn)生二次污染,也可以將部分有害無機(jī)物氧化或還原為無害無機(jī)物。因此,光催化技術(shù)作為環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻的時代的新興技術(shù),其優(yōu)勢是顯而易見的,其巨大的應(yīng)用前景,贏得了眾多學(xué)者熱捧。1.2光催化原理通常情況下,光催化材料是固體半導(dǎo)體,與之反應(yīng)的介質(zhì)通常為氣相或液相,因此可以把其反應(yīng)分為氣-固、液-固光催化兩個類別[2]。一般地,價帶、禁帶和導(dǎo)帶是半導(dǎo)體粒子的三個能帶組成結(jié)構(gòu)。禁帶位于中間,價帶(valenceband,VB)與導(dǎo)帶(conductionband,CB)分別位于禁帶兩邊。導(dǎo)帶木有電子,為高能態(tài),價帶全是電子,為低能態(tài)。如圖1-1,半導(dǎo)體通入一定光強(qiáng)度時,價帶電子將會充能,跳過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶。這樣產(chǎn)生的結(jié)果就是:高能電子在導(dǎo)帶中被激發(fā),價帶剩余正電荷空穴,以至于電子、空穴配對,到達(dá)粒子表面[3]。圖1-1反應(yīng)原理示意圖Fig.1-1reactionprinciplediagram在TiO2—H2O系統(tǒng)內(nèi)光激粒子同半導(dǎo)體外表氧分子聚集產(chǎn)生超氧離子·O2-,然后接受一些過程后產(chǎn)生·OH。與此同時,空穴與著附在外層水、掩蓋在某些粒子外面的作用將會產(chǎn)生·OH?!H和O2-含有強(qiáng)氧化性以至使有著附外層的有機(jī)化合物完全分解成CO2和H2O。當(dāng)半導(dǎo)體被波長小于387nm的外界光作用后,價帶電子在催化劑表面受激發(fā)演化成光生電子和空穴,同時也會發(fā)生反作用,半導(dǎo)體價帶空穴和在傳導(dǎo)電子可以再次重新合并的興奮狀態(tài),使光的能量以熱或其他形式的逸出,如下式所示:當(dāng)催化劑周圍有合適的俘獲劑(如H2O或O2)存在時,有產(chǎn)生如下反應(yīng):在光催化反應(yīng)中所生成的電子,與表面吸附的O2反應(yīng),O2不僅參與還原反應(yīng),還為表面·OH的產(chǎn)生提供另一種方式[4],具體的反應(yīng)式如下所示:除此之外,在該反應(yīng)中檢測到·O2-的存在,通過對TiO2光電導(dǎo)率的測定,人們推測可能有如下反應(yīng)存在:這一系列反應(yīng)中,有很活潑且具強(qiáng)氧化性的·OH、·O2-以及·HO2發(fā)生,這些自由基能夠?qū)⒂袡C(jī)物化成CO2和H2O等無機(jī)小分子。1.3光催化劑的制備方法1.3.1納米TiO2光催化劑的制備通常是用氣相法或液相法來制備納米二氧化鈦。氫氧火焰水解法、氧化法、分解法等是使用較多的氣相法。氣相法制備納米TiO2粒子是把鈦鹽加熱成蒸汽,或者把氣加熱后體通入鈦鹽中,使鈦鹽發(fā)生化學(xué)或者物理變化,然后讓氣化的鈦鹽冷卻、凝聚,最后變成納米二氧化鈦晶體。采用這種工藝生產(chǎn)的米TiO2粒子不僅有較好化學(xué)活性,而且粒徑細(xì)小,大小均勻,純度高,適合產(chǎn)品要求較高的生產(chǎn)線。氣相法的缺點是:投資成本高、工藝復(fù)雜,而且產(chǎn)率還比較低。當(dāng)前理論研究和實際生產(chǎn)雜制取納米TiO2薄膜和超微粉使用較普遍的途徑是液相法。有溶膠-凝膠法,水熱法、沉積法、水解法、微乳液法等[5]普遍的制備方式。它的基本原理是:使用可溶性金屬鈦鹽為原料,按理想產(chǎn)品的效果的成分配制好原溶液,然后再利用無雜質(zhì)的沉淀劑使金屬離子均勻沉淀出來,最后抽濾、洗滌和干燥制成成品。相較于氣相法,液相法制備半導(dǎo)體材料的工藝具有投資成本少、實驗溫度低、工藝簡單及能耗少等優(yōu)點,是制備納米TiO2光催化劑晶體和薄膜較為理想的工藝。1.3.2銀基光催化材料的制備有大量研究結(jié)果表明,大部分半導(dǎo)體光催化材料可以經(jīng)過金屬銀的修飾,以在原基礎(chǔ)上大大提高其光催化性能,產(chǎn)生原材料所不能達(dá)到的效果。據(jù)整理,目前主要的修飾方法有:第一,定向改變半導(dǎo)體原本的能帶結(jié)構(gòu),可以提高它對光的吸收效率。實驗證明,通過Ag離子摻雜到半導(dǎo)體材料,其能帶結(jié)構(gòu)有發(fā)生變化的,李新勇等[6]實驗發(fā)現(xiàn),納米Ti02加入了Ag離子摻雜物相使其光催化性能提高了63%。第二,在催化劑表面負(fù)載Ag,通過降低反應(yīng)過程中游離光生電子和剩留空穴的復(fù)合率,增加半導(dǎo)體對光生電子的吸收,以至提高光催化的吸收效率。第三,通過等離子共振效應(yīng),可以增強(qiáng)納米Ti02對陽光的吸收效果。余家國等[7]探究發(fā)現(xiàn),Ag-Ti02復(fù)合空心球光催化劑在可見光的條件下降解羅丹明B的活性是Ti02空心球的2.5倍。現(xiàn)有的半導(dǎo)體光催化劑主要就是由金屬氧化物、鹽類和其他一些復(fù)合材料等化合物構(gòu)成的。銀修飾型納米復(fù)合材料就是由銀基材料與半導(dǎo)體組成的。雖然現(xiàn)如今銀修飾型納米復(fù)合光催化劑的制備工藝有很多,但是最為成熟的是在半導(dǎo)體表面負(fù)載金屬Ag,這也是目前最主要、最直接的修飾工藝[8]。另外,化學(xué)還原法、光還原法、、熱還原法是現(xiàn)如今在實驗室和現(xiàn)實工業(yè)中一些使用較多的負(fù)載方法。1.4光催化的影響因素與改進(jìn)(1)影響因素一般來說,反應(yīng)條件和劑半導(dǎo)體本身的性能都會影響反應(yīng)的效果。光催化反應(yīng)的環(huán)境條件包括:光的強(qiáng)度、污染物的種類、氧氣的含量、反應(yīng)的溫度與濕度、催化劑的負(fù)載方式等。催化劑的自身原本的性能主要指催化劑的晶型、粒徑、比表面積、禁帶的寬度、對外界光的吸收能力、光生電子與空穴的復(fù)合率。經(jīng)過一段時間的使用后,光催化劑還可能失活,因此,其再生過程也影響其后的催化效果。(2)改進(jìn)方法沒有最好,只有更好。和現(xiàn)實中所有的事物一樣,當(dāng)它成為所有人的焦點時,它的各項性能都會受到關(guān)注。隨著大家對光催化技術(shù)的研究與應(yīng)用的不斷深入,現(xiàn)有納米光催化劑材料本身存在的缺陷也嚴(yán)重阻礙了其工業(yè)化的發(fā)展和應(yīng)用,使得改進(jìn)工藝在不斷地更新?,F(xiàn)有的光催化劑材料主要存在有兩個方面的問題:一是由于大部分半導(dǎo)體帶隙比較寬(3.2eV),只對太陽光中的紫外光響應(yīng),可陽光中絕大部分是可見光,不能充分利用太陽光。二是在光催化過程中,光生電子和空穴容易發(fā)生復(fù)合,導(dǎo)致了半導(dǎo)體材的量子產(chǎn)率和光催化活性因子比較低[9]。因此,當(dāng)前光催化材料最重要的探究方向是對半導(dǎo)體進(jìn)行改性,使其可以響應(yīng)占陽光中絕大部分的可見光,與此同時,設(shè)法增加半導(dǎo)體材料的光生電子量子產(chǎn)率。表面貴金屬沉積、窄禁帶半導(dǎo)體稱合、過渡金屬離子摻雜、染料敏化、非金屬摻雜等是目前提高半導(dǎo)體催化性能比較常見的一些方法[10]。1.5光催化技術(shù)的應(yīng)用1.5.1環(huán)境治理光催化在環(huán)境治理主要有降解污水中的有機(jī)物和凈化廢氣兩個方面。工業(yè)發(fā)展提高了人們生活質(zhì)量,工業(yè)廢水中有機(jī)物也嚴(yán)重破話了生態(tài),特別是在小規(guī)模工廠的工業(yè)廢水中的烷烴、脂肪烴、芳香烴、脂肪羧酸、酚醛、鹵化烴、染料等,這些污染物用普通的常規(guī)方式是很難清除的,或清除耗費很大。而大量的研究表明,大部分的有機(jī)物是可以在半導(dǎo)體表面進(jìn)行光催化反應(yīng)的,通過物理和化學(xué)反應(yīng)脫色、去毒、分解為無毒的無機(jī)小分子(二氧化碳和水),從而可以徹底消除對環(huán)境的危害。這個處理工藝對居民廚房油煙氣、工業(yè)廢氣的降解也有效,另外,汽車尾氣中的含有的大部分含硫氧化物和含氮氧化物,都是可以利用光催化技術(shù)將其無害化分解。除此之外,光催化也用于室內(nèi)除汗臭、凈化香煙臭氣、處理冰箱異味等。1.5.2催化解水制氫氣能源問題已經(jīng)成為當(dāng)今各國最急需解決的問題之一,中東的出現(xiàn)的一些列沖突中,有很大一部分是因為爭奪石油引起的?;茉词亲嫦冗z留的財富,用一克就少一克,總有耗盡的一天。氫能具有清潔、高效、可再生和便于運輸?shù)绕渌d體不具備有特點,被公認(rèn)為是能源的最可能的理想載體。在眾多氫能開發(fā)技術(shù)中,光催化分解水制氫因其原料廉價、工藝耗能低、不產(chǎn)生二次污染等原因,在眾多工藝中脫穎而出,被認(rèn)為是最為理想和最有前途的氫能開發(fā)手段之一。目前對于光催化分解水制氫,如何提高可見光區(qū)域量子效率,是最主要的研究目標(biāo),也是最具有挑戰(zhàn)性的方向之一。近年來,我國大連化學(xué)物理所在新型響應(yīng)可見光光催化材料上取得了一些突破,相繼開發(fā)出ZnIn2S4、Y2Ta2O5N5等高性能可見光光材料,拓展了利用新型半導(dǎo)體用水制取氫氣的材料體系。1.5.3光催化抗菌光催化材料對細(xì)菌、真菌、藻類等有著非常不錯的抑制和殺滅效果,甚至能抑制病毒和癌癥細(xì)胞生長與繁殖。在殺菌過程中,光催化劑產(chǎn)生的活性基團(tuán)不僅能殺死細(xì)菌,還能降解內(nèi)毒素等細(xì)胞裂解產(chǎn)物以及其它有機(jī)污染物,使之完全無害化分解,這是其它抗菌劑都不能達(dá)到的效果。而且有研究證明,實驗條件后接下來的一小段時間里,抗菌效果仍然在有效。隨著世界經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,對TiO2光催化在抗菌性能這個方面的研究在不斷地深入,有些研究成果已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn),應(yīng)用于我們的大眾生活中了,如抗菌玻璃、抗菌塑料等。1.5.4光催化提取貴金屬工業(yè)中的很多生產(chǎn)車間因工藝需要會使用貴金屬,所以在工業(yè)廢水中,往往是含有一些貴金屬的,如果能回收那些貴金屬,這絕對是一舉兩得的好事。但是,常規(guī)的金屬離子提取技術(shù)提取不純凈,對那些極稀溶液更是根本無法提取。利用光催化提取技術(shù)可以化解這一問題。光催化提取技術(shù)是利用半導(dǎo)體在光照條件下產(chǎn)生的活性基團(tuán)使貴金屬富集在材料表面,然后再次常規(guī)提取。在用TiO2作光催化劑從含銀離子的溶液中提取金屬銀是研究中發(fā)現(xiàn),直接利用太陽光照射就能析出銀,光照強(qiáng)度越大,其提取富集效率越高,而且銀的析出速率與溫度沒有直接聯(lián)系。1.6碳酸銀1.6.1碳酸銀簡介碳酸銀,化學(xué)式為:Ag2CO3。沉淀是白色粉末,新制得的粉末顯淺黃色。久置之后顏色變暗,有極強(qiáng)的感光性。可以溶解在氨水、HNO3、KF、Na2S2O3中,在水及醇中的性溶解較差。需要避光保存。Ag2CO3作為可見光光催化材料于最近幾年才被發(fā)現(xiàn)的,其光催化性相對于其他的特別好,以至于大家都贊同Ag2CO3在催化行業(yè)扮演了很有前途的材料,以至于Ag2CO3及其合成材采取更為深的、更高層次的的探秘是很有價值的研究?,F(xiàn)在對Ag2CO3的性質(zhì)及對光的作用的探究還是很初級的,還有待遇我們后來者繼續(xù)努力。1.6.2碳酸銀的性質(zhì)表1.1碳酸銀的物理參數(shù)指標(biāo)參數(shù)摩爾質(zhì)量275.75g/mol密度6.08g/mL熔點210℃沸點333.6℃溶解性(水)0.0032g/100mL(20℃)外觀黃綠色粉末1.6.3碳酸銀的制備在沒有光的狀態(tài)下,使用Na2CO3或NaHCO3及AgNO3進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng),或者采用純化菱銀礦得到。1.7石墨烯1.7.1石墨烯簡介在二十世紀(jì)五十年代菲力普(PhilipWallace)就已經(jīng)對石墨烯的內(nèi)部層次有了一定的探究。接著,J.W.McClure推出了石墨烯的波函數(shù)方程。英國物理學(xué)家AndreGeim和KonstantinNovoselov于2004年成功從石墨中提取出石墨烯。石墨烯不再是傳說中的物質(zhì)了。圖2石墨烯分子結(jié)構(gòu)圖3電子顯微鏡下的石墨烯1.7.2石墨烯的性質(zhì)石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料,單層的石墨烯厚度僅為單個碳原子的厚度,這種特性導(dǎo)致了石墨烯擁有了許多石墨所不具備的性能。高穩(wěn)定性:石墨烯的碳原子以共價鍵連接,不易破碎,然后超好的穩(wěn)定性。石墨烯的結(jié)構(gòu)是一個大的離域π債券,C-C鍵的強(qiáng)度高于一個單一的金剛石,從熱力學(xué)的角度,石墨的熔點高于金剛石,因此,石墨比金剛石更穩(wěn)。強(qiáng)導(dǎo)電性:所有原子的石墨烯是離域,整個上下兩側(cè)板電子可以自由移動。由于共價鍵的穩(wěn)定性,石墨烯的晶體缺陷腔不發(fā)生或雜原子,并保證大π鍵電子移動而不會被干擾時,晶體缺陷的完整性,高速傳導(dǎo)使得石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電。高透射率:光不能穿透細(xì)胞核,但能穿透核之間的廣闊空間。石墨烯是一塊薄的狀態(tài),當(dāng)多個石墨烯分子堆疊在一起,因為碳有序核,光可以輕易穿透間隙方隊呈現(xiàn)透明狀態(tài),石墨烯是一種透光率高的材料。1.8本課題的提出及研究內(nèi)容光催化降解有機(jī)物是新型的環(huán)境保護(hù)手段,其優(yōu)點是顯而易見的。甲基橙是實驗室和工業(yè)上常用的有機(jī)產(chǎn)品,廢棄的甲基橙目前基本上就是直接排入下水道,日積月累,這將對會環(huán)境造成很大的影響。本課題是研究銀基材料與碳納米材料的復(fù)合材料為光催化劑,在可見光的作業(yè)下,對甲基橙溶液的分解效果。本論文使用的是碳酸銀與石墨烯的復(fù)合,測試了不同比例的復(fù)合材料在同一光照下的降解。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文實驗部分第二章實驗部分2.1主要試劑與儀器實驗試劑見表2-1:表2-1實驗的主要試劑序號原料與試劑規(guī)格分子式1硝酸銀分析純AgNO32碳酸氫鈉分析純NaHCO33石墨烯分析純GO4甲基橙20mg/L——實驗儀器見表2-2:表2-2實驗的主要試劑序號器材名稱規(guī)格產(chǎn)地1磁力攪拌器85-2恒溫磁力攪拌器江蘇中大儀器廠2分析天平PTX--FA110福州華志科學(xué)儀器有限公司3分光光度儀UV-1240、SHIMADZU深圳市瑞盛科技有限公司4超聲波清洗器KQ218昆山市超聲儀器有限公司5光化學(xué)反應(yīng)儀BL-GHX-IV上海比朗儀器有限公司7X射線衍射儀RigakuRINT-2000廣州佳??茖W(xué)儀器有限公司8掃描電極顯微鏡Hitachi日本HIROX(浩視)公司9電熱干燥箱DUG-9036A上海精宏實驗設(shè)備有限公司2.2光催化材料制備將一定量的石墨烯加入到盛有50mL0.058M的AgNO3溶液的燒杯中,然后將燒杯放置于超聲器中超聲分散25min,以促使石墨烯粉粒分散于AgNO3溶液中。50mL0.029MNaHCO3逐滴滴加到石墨烯與AgNO3的混合溶液中,用磁力攪拌器在遮光條件下攪拌1h,抽濾,使用去離子水洗滌數(shù)次,得到固體沉淀物,沉淀物Ag2CO3/GO的復(fù)合光催化材料形成于反應(yīng)器中。再60oC干燥1h,將干燥后的產(chǎn)品研磨、裝袋,按照石墨烯占Ag2CO3的質(zhì)量百分比,命名為Ag2CO3/GO-0.25,Ag2CO3/GO-0.5,Ag2CO3/GO-1.0,分別對應(yīng)于0.25%,0.5%,1.0%百分含量的石墨烯。2.3表征(1)X射線衍射分析(XRD)催化材料組分采用廣州佳??茖W(xué)儀器有限公司的RigakuRINT-2000型X射線衍射儀測定Ag2CO3/GO半導(dǎo)體復(fù)合半導(dǎo)體材料的晶型。使用CuKα,激發(fā)電壓為40kv,掃描分析速度為0.067o/s,衍射角度為10到90o。(2)形貌分析催化材料形貌采用場發(fā)射掃描電鏡表征Ag2CO3/GO光催化劑的外觀形貌,場發(fā)射型號是Hitachi。2.4光催化性能測試用Ag2CO3/GO光催化劑對甲基橙的光催化降解效果來選擇其最佳的合成條件和評價催化材料性能。具體過程為:在室溫下,將0.05g光催化材料分散于25mL濃度為10mg/L的甲基橙溶液,避光浸漬攪拌30min,使得甲基橙在光催化材料表面達(dá)到吸附-脫附平衡。達(dá)到平衡后,使用350W氙燈照射達(dá)到平衡的甲基橙溶液,在濾光片(≥400nm)輔助下,保證以可見光光催化分解甲基橙。光的平均強(qiáng)度為40mW/cm2.每隔一定時間取甲基橙樣品,使用紫外可見分光光度儀測試分析濃度變化,紫外可見分光光度儀的型號為UV-1240,SHIMADZU。溶液濃度較稀時,吸光度和濃度兩者成正比關(guān)系,可以采用比爾-朗伯定律進(jìn)行說明:A=alcl是光在樣本中經(jīng)過的距離。c是濃度a是吸收系數(shù),是材質(zhì)的性質(zhì)。因此,光催化反應(yīng)過程中,甲基橙濃度的變化為:C/C0=A/A0東華理工大學(xué)畢業(yè)論文結(jié)果與分析第三章結(jié)果與分析3.1Ag2CO3/GO光催化劑的XRD分析對制成的Ag2CO3/GO光催化劑進(jìn)行XRD分析,來測試其在不同含量的石墨烯下Ag2CO3/GO光催化劑的晶體結(jié)構(gòu),結(jié)果如圖3-1。圖3-1復(fù)合材料的X射線圖Fig.3-1XRDpatternsofAg2CO3/GO由圖可知,在X射線衍射儀下,Ag2CO3/GO光催化劑在2θ為18.8o、22.5o、33.1o、37.5o、41.9o、44.5o、46.8o、57.7o、66.6o的位置出現(xiàn)了衍射峰,其分別對應(yīng)的是Ag2CO3的110、115、450、250、105、100、140、100、90的晶面,根據(jù)Ag2CO3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)JPCDS(06-0505),說明所制備的樣品為Ag2CO3,從圖譜中可以看出,Ag2CO3/GO的峰型尖銳,峰強(qiáng)比較強(qiáng),沒有雜質(zhì)峰的出現(xiàn),所以其具有很好的結(jié)晶度。從Ag2CO3/GO的XRD圖譜中可以看出GO的摻雜沒有改變Ag2CO3的特征峰,而圖譜中也沒有出現(xiàn)GO的特征峰,這可能是所摻雜的GO的量比較小,其結(jié)晶度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于Ag2CO3的結(jié)晶度,從而其特征峰被Ag2CO3所掩蓋了。3.2Ag2CO3/GO光催化劑的形貌分析本實驗采用掃描電極顯微鏡來觀察Ag2CO3/GO光催化劑的外觀形貌,電極掃描圖如圖3-2。圖3-2復(fù)合材料的掃描電鏡圖Fig.3-2SEMimageofAg2CO3/GO由Ag2CO3/GO光催化的SME圖可知,所制備的Ag2CO3/GO光催化劑的粒子的粒徑在3μm左右,分散比較均勻,多為不規(guī)則的棒狀。其中GO圍繞在Ag2CO3周圍,但也不是所有的Ag2CO3的周圍都有GO。3.3Ag2CO3/GO光催化劑合成條件選擇本實驗研究不同含量的GO對Ag2CO3/GO光催化劑的光催化活性的影響,從而選擇出Ag2CO3/GO光催化劑最佳的GO含量Ag2CO3/GO光催化劑對甲基橙的光降解曲線如圖3-3。圖3-3Ag2CO3/GO光催化劑對甲基橙的光降解曲線Fig.3-3Ag2CO3/GOlightcatalystforlightdegradationofmethylorangecurve由上圖可知,Ag2CO3/GO光催化劑的光催化活性劑及反應(yīng)速率與所摻雜的GO的含量有著一定的聯(lián)系。在最初含量的GO,即是復(fù)合了0.25%的GO,其的光催化活性最弱,反應(yīng)速率最為緩慢,甲基橙的降解需要30min,反應(yīng)才達(dá)到平衡,且甲基橙的脫色率在90%左右。而復(fù)合了1%的GO的Ag2CO3/GO光催化劑,其的光催化活性最強(qiáng),反應(yīng)速率最快,甲基橙的降解只需要15min,反應(yīng)達(dá)到平衡,且甲基橙的脫色率在90%以上。這說明,Ag2CO3摻雜GO能夠提高Ag2CO3/GO光催化劑的光催化活性。而加入處在范圍中間GO復(fù)合量,即使復(fù)合了0.5%的GO,甲基橙的降解時間為25min,且甲基橙的脫色率為90%左右,其催化活性適中;這說明在一定范圍內(nèi),所摻雜的GO的量越大,Ag2CO3/GO光催化劑的活性越強(qiáng),其有著一定的限度。所以可以得出,GO的含量對Ag2CO3/GO光催化劑的光催化活性和反應(yīng)速率有著重要影響。其中,在本實驗中,GO的最佳摻雜含量是Ag2CO3質(zhì)量1%。3.4Ag2CO3/GO光催化劑的光催化穩(wěn)定性為了測量Ag2CO3復(fù)合GO光催化劑的穩(wěn)定性,測定了Ag2CO3/GO光催化劑對甲基橙溶液進(jìn)行了5次的光降解的曲線,如圖3-4。圖3-4Ag2CO3/GO復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性Fig.3-3ThestabilityofAg2CO3/GOcompositephotocatalyst由上圖可看出,重復(fù)5次的Ag2CO3/GO光催化劑依然具有高效性,降解20min的降解率都達(dá)到了95%以上,且每次的降解率相差不大,這也表明Ag2CO3/GO光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文結(jié)論結(jié)論本實驗的Ag2CO3是采用均勻沉淀法制備的,并將其負(fù)載于氧化石墨烯GO上,制得Ag2CO3/GO復(fù)合材料,以甲基橙為模擬降解對象,采用紫外可見光分光光度儀研究其性能。利用X射線和掃描電鏡對Ag2CO3/GO復(fù)合材料的性能和表現(xiàn)形貌進(jìn)行分析。實驗證明,經(jīng)助催化劑(氧化石墨烯)負(fù)載的Ag2CO3復(fù)合材料,可以在一定范圍內(nèi)降低光生電子與空穴的復(fù)合率,提高銀基材料的催化性能。本實驗中,摻雜1.0%石墨烯的復(fù)合材料催化效果最好。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文致謝致謝光陰似箭,日月如梭,轉(zhuǎn)眼間,大學(xué)生活即將畫上句號了。隨之而來的,就剩大學(xué)的最后一個作業(yè)——畢業(yè)論文。論文的寫作是枯燥而又富有挑戰(zhàn)性的,論文得以順利完成,我特別要感謝我的導(dǎo)師姜淑娟老師,從論文的選題、到制定實驗方案、到實驗的操作流程,到論文的寫作方式、再到論文的定稿,姜老師都是親力親為的給予耐心的指導(dǎo)。同時還要感謝實驗室的師兄以及一起做實驗的同學(xué),友好的實驗室環(huán)境離不開我們每一個人的共同努力。另外,室友和其他同學(xué)的關(guān)心與支持,也獻(xiàn)上我衷心的感謝。畢業(yè)論文的寫作只是一次學(xué)習(xí)過程,論文的完成,也就意味著另一個學(xué)習(xí)方面的的開始,我將銘記我是東華理工的一名學(xué)子,在今后的學(xué)習(xí)與工作中把學(xué)校的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]AlexanderA.Balandin,SuchismitaGhosh,WenzhongBao,etal.SuperiorThermalConductivityofSingle-LayerGraphene.NanoLetters,2008,8(3):902,906[2]R.R.Nair,P.Blake,A.N.Grigorenko,etal.FineStructureConstantDefinesVisualTransparencyofGraphene.Science,2008,320(5881):1308[3]CareyJH,LawrenceJ,TosineHM.Photodegradationo
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