【摘 要】
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光催化是一种清洁高效的技术,可以利用光能降解有机污染物,已被广泛用于废水处理。氧化铌(Nb2O5)作为半导体材料拥有无毒、稳定性好、耐酸腐蚀和易于处理的特点,近年来被应用
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光催化是一种清洁高效的技术,可以利用光能降解有机污染物,已被广泛用于废水处理。氧化铌(Nb2O5)作为半导体材料拥有无毒、稳定性好、耐酸腐蚀和易于处理的特点,近年来被应用到光催化领域,但其禁带宽度为3.2～3.4 eV,只能在紫外光下进行反应,限制了其应用领域。为了扩大其光响应范围,提高光催化能力,本论文中以木质纳米纤维素(NFC)为模板采用不同的方法制备了不同形貌的C/Nb2O5纳米复合材料。同时,在此基础上对C/Nb2O5纳米复合材料进行了功能性改良,探讨了其物理化学性能,并以罗丹明B(Rh B)染料为目标降解物在模拟可见光环境中测试了光催化性能,并通过控制pH值变化和活性物种捕获实验探究了其光催化机理,本文的主要研究内容与取得的结果如下:(1)以NFC为模板制备C/Nb2O5复合材料及光催化性能初探以TEMPO氧化木质纳米纤维素为模板,以草酸铌为前驱体,通过煅烧得到了碳修饰氧化铌复合材料,探究了制备方法的可行性,分析了相应的表征结果;最后以所制得的碳修饰氧化铌复合材料为光催化剂,以Rh B为目标降解染料,在模拟可见光环境下研究了其光催化性能。综合来看,真空诱导自组装制备的三维垂直定向排列的纳米棒状C/Nb2O5比表面积达到52.44 m2/g,表现出良好的光催化性能,具有3.01 eV的带隙,能够在可见光下激活,在pH值≤3时表现出最佳的光催化效率,在光照35分钟后能降解约90%的Rh B;循环5次后,在可见光下的光催化效率为91.6%仍然是普通C/Nb2O5的2.4倍。此外还对光催化机理和影响因子进行了探究,经过活性物种捕获实验证明在光降解过程中羟基自由基和超氧自由基阴离子起着重要的作用。(2)以NFC气凝胶为模板制备C/Nb2O5复合材料及光催化性能研究TEMPO氧化木质纳米纤维素和草酸铌为原料通过模板法,采用了两种制备工艺:多步法和一步法制备了气凝胶形貌的C/Nb2O5复合材料,以所制得的C/Nb2O5复合材料为光催化剂,以Rh B为目标降解染料,在模拟可见光环境下比较了其光催化性能。综合来看,一步法制备的催化剂催化活性比多步法的高,比表面积起到了决定性作用,通过一步法在氮气氛围下煅烧制得的样品光催化效率最高,带隙缩小至0.92eV,对可见光可以全吸收,比表面积扩大至103.93 m2/g,在可见光下照射25分钟Rh B降解率达到90%,大幅度提高光催化活性,经过5次循环试验复合催化剂仍具有较好的稳定性。
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