羟基磷灰石复合光催化材料制备及性能研究

作     者：令新科 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱功明

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：羟基磷灰石 光催化 纳米金 纳米银 甲基橙 

摘      要：羟基磷灰石(HAP)是一种多功能矿物材料,良好的稳定性、离子交换-吸附性、孔隙结构等使其在催化剂的制备方面有着广泛的应用。HAP不仅可以作为催化剂载体,同时,自身具有一定的光催化活性,可以作为催化剂。纳米贵金属颗粒具有良好的催化活性和独特的功能性,但由于团聚影响性能、回收再利用困难,因此其应用也受到限制。本研究通过溶胶-凝胶法制备了具有良好光催化活性的HAP,并通过负载AuNPs和AgNPs合成了高效复合光催化剂。通过对催化剂晶体结构、微观形貌、光学性质和化学性质的表征以及光催化降解实验,研究了制备条件、反应条件对HAP光催化活性的影响,还研究了纳米金属的负载量对复合光催化剂活性的影响,并对相关合成、反应机理进行了探究。全文主要的研究结果如下:(1)陈化有利于提高HAP的结晶度,使HAP的晶型更完善。冷冻干燥制备的HAP粒径均匀、孔隙结构丰富、稳定性较好。焙烧处理得到的HAP具有较高的结晶度,但会减少晶体中的缺陷,会降低光催化活性。HAP用量为1 g/L、光催化反应60 min可使10 mg/L甲基橙溶液的降解率达到91%。(2)采用液相还原法制备出粒径为4.82 nm的AuNPs,HAP对AuNPs具有稳定、分散的作用,粒径更小的AuNPs具有更高的光催化活性。当AuNPs的负载量为0.5%时,AuNPs/HAP的光催化活性最高,负载量过多时AuNPs会发生团聚,导致光催化活性降低。(3)采用光化学-模板法制备了AgNPs/CMC/HAP复合光催化剂,羧甲基纤维素钠(CMC)作为模板有利于AgNPs的稳定、分散,同时对HAP的形貌结构有调控作用。AgNPs/CMC/HAP具有良好的光催化活性,光催化反应60 min使甲基橙溶液降解率达到了98.3%。