改性CuFe2O4的制备及其光催化性能研究-材料工程专业论文.docxVIP

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文 哈尔滨理工大学工程硕士学位论文 - - I - 改性 CuFe2O4 的制备及其光催化性能研究 摘 要 尖晶石型铁氧体是一种最近受到重视的半导体类材料，当处于可光激发 的状态下，它能够对有机污染物进行催化降解。但是作为单独的催化剂来降 解有机污染物其效率很低。因此，为提高其光催化活性，本文采用掺杂以及 复合半导体的方法来提高铁氧体的光催化性能。 采用溶胶-凝胶法合成 CuFe2O4、CaxCu1-xFe2O4(x=0.1-0.5)的系列样品。 通过 XRD 进行表征，结果显示 Ca2+掺杂后的样品与标准卡片 PDF 34-425 的 对比是一致的，这说明样品的晶体结构并没有随着 Ca2+的加入而改变。通过 SEM 的表征，可以看到随着 Ca2+掺杂含量的增多将会使得 CuFe2O4 的形貌由 颗粒状向多片层而改变；光催化实验结果显示，所有的掺杂样品的光催化性 能均大于未掺杂的 CuFe2O4 的纯样品，当 Ca2+的掺杂量为 0.5 时，酸性品红 的脱色率最高可超过 60 %。 通过溶胶-凝胶法制备出不同复合比例的 TiO2/CuFe2O4 复合光催化剂， XRD 研究表明：样品的衍射峰与与标准 PDF 卡片 34-425 以及标准 PDF 卡 片 21-1272 对比一致。SEM 观察显示：TiO2 颗粒与铁氧体颗粒均匀地分布在 一起，且随着 TiO2 复合比列的升高，TiO2 颗粒相对应的在 SEM 图上会增多。 随后测试了不同复合比例的 TiO2/CuFe2O4 光催化活性，发现：当 TiO2 的质 量分数占整个催化剂质量的 40 %的时候，光催化剂的催化活性达到了一个最 高值(其值可达 89.16 %)。运用响应曲面法对选择出的 TiO2/CuFe2O4 复合光催 化剂进行了光催化性能的综合研究，最后得到光催化体系下的各个因素的最 优值：酸性品红浓度为 15 mg/L，光照时间为 130 min，催化剂用量为 330 mg， pH 为 3.7。 通过水热法制备出不同复合比例的 FeS2/CuFe2O4 复合光催化剂，XRD 研究表明：样品的衍射峰与标准 PDF 卡片 34-425 以及标准 PDF 卡片 42-1340 对比一致，可知实验中制得 FeS2 为黄铁矿型结构。SEM 观察显示：FeS2 颗 粒与铁氧体颗粒均匀地分布在一起，在 SEM 图上 FeS2 颗粒会随着复合含量 的升高而增多。随后测试了不同复合比例的 FeS2/CuFe2O4 光催化活性。从实 - - II - 验结果中可得如下结论：当 FeS2 的质量分数占整个催化剂质量的 30 %的时 候，光催化剂的催化活性达到了一个最高值(其值可达 90.25 %)。运用响应曲 面法对选择出的 FeS2/CuFe2O4 复合光催化剂进行了光催化性能的综合研究， 最后得到光催化体系下的各个因素的最优值：酸性品红浓度为 12 mg/L，光 照时间为 43 min，催化剂用量为 280 mg，pH 为 6.4。 关键词 铁氧体； 掺杂；光催化；复合 - - PAGE IV - Preparation and Photocatalytic Activity of Modified CuFe2O4 Abstract Spinel ferrite is a kind of semiconductor material, when it is in the visible light, it can catalyze the degradation of organic pollutants. But as a separate catalyst to degrade organic pollutants, it has very low efficiency. Therefore, in order to improve its photocatalytic activity, this paper adopts the method of doping and compositing semiconductor to improve the photocatalytic performance of ferrite. The CuFe2O4、CaxCu1-xFe2O4(x=0.1-0.5) were prepared by Sol-gel method. XRD results showed that Ca2+ doped samples comparison with the standard card PDF 34-425 are consistent, indicating that the crystal structu