【摘 要】
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半导体光催化技术可用于光降解有机污染物,具有深度氧化能力、适用范围广、无二次污染等优点。针对以TiO2为代表的传统宽带隙半导体氧化物,对太阳光利用率不高的问题,本论文以具
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半导体光催化技术可用于光降解有机污染物,具有深度氧化能力、适用范围广、无二次污染等优点。针对以TiO2为代表的传统宽带隙半导体氧化物,对太阳光利用率不高的问题,本论文以具有可见光响应的窄带隙半导体氧化物α-Fe2O3为研究对象,以提高其光催化性能为目标,采用水热法与固相合成法制备前驱体材料,通过前驱体材料的热分解制备了α-Fe2O3微纳米材料,并运用XRD、FTIR、TG-DSC、DRS、FESEM与TEM等多种表征手段,研究水热温度、水热时间对产物形貌、晶体结构的影响;研究固相合成所用原料、热处理温度,对产物结晶性能、形貌、粒径大小、光学性能的影响,并分析热分解产物α-Fe2O3在有无H2O2的情况下,对亚甲基蓝的可见光降解效果。 140℃水热反应4 h即可生成花簇状,结晶性良好的α-FeOOH纳米材料;水热条件下α-FeOOH具有较大的晶体生长指数n(14.812)和表观活化能Q(128.47 kJ/mol);180℃水热反应20 h,前驱体α-FeOOH全部分解生成α-Fe2O3;140℃水热反应24 h所得前驱体热分解产物α-Fe2O3具有最高的光催化降解率60%,加入5 ml H2O2后,光催化降解率达到79.90%。 固相反应的本质是在水分子的作用下,Fe3+与十二烷基硫酸钠(SDS)之间的反应,前驱体在450~600℃热处理2 h可得到α-Fe2O3纳米粒子,随着热处理温度的升高,固相合成所得α-Fe2O3纳米材料的带隙宽度逐渐升高,但是均小于体相α-Fe2O3(2.2 eV)。不同原料固相合成所得前驱体,在500℃热处理2 h可达72.29%与70.60%的可见光光催化效率,光催化动力学常数分别为6.78×10-3 min-1、6.99×10-3 min-1。 H2O2的加入极大地提高了固相合成所得α-Fe2O3纳米粒子的可见光光催化性能。随着H2O2添加量的增加,光降解率逐渐升高,H2O2添加量为0.5 ml时,以FeCl3·6H2O、SDS为原料固相合成所得前驱体,500℃热处理2 h所得α-Fe2O3纳米粒子的光降解率,40 min内就达到了99.55%,光催化动力学常数为1.47×10-1 min-1;H2O2可捕获部分电子产生·OH,并与亚铁离子构成Fenton试剂,促进亚甲基蓝降解。
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