光催化材料对甲醛的催化性能的研究
彭颖潮
2019/9/17
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光催化材料对甲醛的催化性能的研究

彭颖潮


1.单金属掺杂对催化性能的研究

本实验主要研究Mn和Ag单独掺杂对二氧化钛催化性能的影响,所用的比例为1∶0.01和1∶0.03。实验之前先将要用的0.01和0.03的TiO2-Mn和TiO2-Ag先制备好。等量称取比例分别为0.01和0.03的TiO2-Mn和TiO2-Ag粉体,将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为2ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照10h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#23454;验数据如下表1?#35745;?png?#35745;?png 

由图1可看出,锰与银单独掺杂的区别并不大,转化率都在75%以上。它们整体的催化能力不错,但是两者1∶0.01的效果都比1∶0.03的要好。所以我们得出:单金属掺杂时比例为1∶0.01时的效果较好,转化率能达到80%以上。

2.煅烧转型温度对催化能力的影响

本实验主要研究制备过程的后整理流程中,煅烧转型所用的温度变化对光催化能力的影响。所用温度为400℃、500℃、600℃和700℃。

先将所用的TiO2-Mn-Ag和TiO2-Mn-Fe制备出来。再将它们分成四份,分别在400℃、500℃、600℃和700℃中煅烧转型2h,转型冷却后再将粉体转移到称量瓶,将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为2ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照10h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#20855;体实验数据如下表2:

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由表2可以作出煅烧转型温度与吸光度的折线图2。

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由图2可以看出,不同焙烧温度处理的TiO2粉体,其?#21040;?#30002;醛的能力也有所差异。这原因是:焙烧温度的高低影响着TiO2的晶型。焙烧温度不同,TiO2的晶型也不同。当焙烧热温度为600℃时,开始出现金红石相;700℃时,金红石相所占比例超过锐钛矿相,而后随着焙烧热温度再度升高,锐钛矿相的纳米TiO2粒子将全部转换成金红石相。从400℃开始,随着焙烧温度的升高,甲醛?#21040;?#29575;也升高;但当温度为700℃时,由于金红石相的增加,随后温度再升高,锐钛矿相逐渐全转换成金红石相,TiO2粉体对甲醛的?#21040;?#33021;力又将逐渐地减弱。TiO2-Mn-Ag在400℃下煅烧转型得到的效果最好,转化率能达到90%,而TiO2-Mn-Fe则在700℃下煅烧转型得到的效果最好,转化率能达到91.3%。对于TiO2-Mn-Ag来说,700℃下转型的效果最差,而TiO2-Mn-Fe则是500℃和600℃的效果较差。整体来说,转化?#39318;?#20302;的TiO2-Mn-Ag 700℃也有76.7%,?#24471;?#24635;的转化率不会太低。

3.二氧化钛内锰、银的组分比例的研究

本组实验研究的是二氧化钛内Mn和Ag比例的研究,保持一种金属的比例不变,通过改变另外一种金属的比例,研究其对光催化性能的影响,从而得出最优的比例组合。固定Mn的比例为0.01,改变Ag的比例为0.01、0.02、0.03,反之。

先将所用的六种粉体制备好,称取等量的粉体,然后将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为2ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照10h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#20855;体实验数据如下表3:

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由表3可以看出,当Mn比例为1∶0.01时,Ag的比例为1∶0.03时候的吸光度最低,转化?#39318;?#39640;,为96.1%,而当Ag比例为1∶0.01时,Mn的比例为1∶0.02时候的吸光度最低,转化?#39318;?#39640;,达到96.5%。效果最?#22270;?#21560;光度最高的是两者比例都为0.01时,转化率也有87.9%。比例越高带来的不一定全是正面影响,反而有可能给催化作用带来?#22909;?#24433;响。

4.煅烧转型时间长短对催化效果的影响

本组实验研究的是同一材料转型煅烧的不同时间对催化效果的影响,所用材料为TiO2-Mn-Ag,取等量材料5组同时放入马弗炉煅烧,温度控制不变,煅烧2、4、6、8、10h。

先将要用到的TiO2-Mn-Ag材料制备,再将它们分成五份,一同放入煅烧转型,每隔2h取出1组。取出后将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为5ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照2h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#20855;体实验数据如下表4:

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由图4和表4可以看出,催化效果由高到低顺序为10h>6h>2h>4h>8h,煅烧10h时的效果最好,转化率有70.6%。8h时效果最差,转化率仅为34.7%。本组实验所用甲醛溶液浓度为5ug/ml,比前面几组所用的2ug/ml要高,所以转化率偏低,转化率整体在50%左右。

5.甲醛溶液浓度对光催化性能的影响

本组实验研究的是甲醛溶液浓度影响的效果,材料的因素不变,改变的仅是甲醛溶液的浓度,分别用2ug/ml、5ug/ml、10ug/ml的甲醛溶液,与TiO2-Mn-Ag进行催化实验。

称取等量的粉体,将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为5ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照2h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#24471;出的实验数据如下表5:

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由图5可以看出,低浓度的甲醛溶液(2ug/ml)更容易被材料光催化转化,转化率能达到82.6%;而浓度为5ug/ml和10ug/ml的催化效果相近(转化率非常接近,为63%左右),?#24471;?#26448;料的催化效果接近饱和,继续提高甲醛溶液浓度不一定能提高催化效率。

6.光照强度对催化能力的影响

本组实验研究的是光照强度的改变能否对材料的催化能力有所影响,用材料TiO2-Mn-Ag放入光照仪中进行光照,通过改变开关并联灯管(1根、2根、3根)灯光从而达到调节光强的效果。

将制备好的粉体平均分成三份,将它们均匀地平铺在称量瓶的底部,再在每个称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为10ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,根据不同的光强改变灯管数量,光照2h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?#20855;体实验数据如下表6:

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由图6及表6可以看出,吸光度与光照强度基本没有什么影响,转化率基本不随光照强度的改变而变化(基本都在41%左右),因为材料表面受的光照面积是一定的,只要光?#23637;?#35302;发表面的空穴电子和高还原性的电子分离,就能够使甲醛溶液发生催化作用。因此,材料本身不会因为光照强度的改变而改变自身的催化效果。

7.研究纳米材料的重复使用能力

本实验研究的是纳米材料的重复使用能力,多次重复使用其催化能力是否消失,通过多?#38382;?#29992;同一份材料进行实验。

称取一份粉体放在称量瓶中,再在称量瓶中加入5ml的甲醛溶液(浓度为10ug/ml),盖上瓶盖,放入光照仪器中,光照2h,之后取出样品加乙酰丙酮试?#26009;?#33394;。然后放入40℃的恒温水浴锅中显色30分钟后,取出,避光冷却30分钟,用紫外-可见分光光度计测其吸光?#21462;?/span>

将称量瓶中剩余的材料清洗干净,再放入鼓风烘箱中快速烘干,烘干冷却后再加入甲醛溶液做催化实验,重复以上步骤4次,得出具体实验数据如下表7:

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由表7及图7可以看出,多?#38382;?#29992;同一催化材料,其催化能力以及转化效率都没有多大的变动,转化?#26102;?#25345;在65%到75%之间,因此得出多?#38382;?#29992;催化材料不会降低其催化能力以及使用效率的结论。

8.本章小结

本章从多个方面分析?#22235;?#31859;材料的催化能力以及实验,从掺?#39062;?#20363;、转型温?#21462;?#36716;型时间,光照强度,甲醛溶液浓度以及重复使用能力各方面对纳米材料进行了详细的分析实验。得出了各个方面的最优组分以及有的条件是否对催化能力造成影响,都在实验中得出了答案。

 

 

作者简介:

彭颖潮,现居广东深圳,研究?#36739;?#20026;纺织功能性助剂。

手  机:15088133531



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