尖晶石型光催化材料的研究

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1、摘要以半导体材料为光催化剂，利用太阳能消除污染，是近年来较重要的研究课题，既具有理论意义又具有实用价值。其中，Ti02以其稳定的化学性质、低廉的价格和较高的光催化活性而被广为接受。但是Ti02也具有自身的缺点，光吸收范围窄，光催化降解效率还不能达到人们期待的结果。因此研究和开发新型光催化材料成为一个新的研究的热点。尖晶石是一类新型的光催化材料。本文采用无机盐溶胶一凝胶法制备合成了尖晶石型ZnM204(M=Cr，Mn，Fe)及NAl204(N=Mg，Zn，Cu)化合物，并以其为光催化剂对三种水溶性染料包括酸性红B、甲基橙、活性艳红K一2G等进行光催化降解实验，以

2、染料的降解率对样品的光催化活性进行表征，对影响其光催化活性的因素进行了分析。对光催化活性较好的CuAl204进行了重点研究，对CuAl204的制备工艺参数进行了探讨，利用DTA、XRD、SEM、TEM、UV-vis、IR等测试方法着重分析了CuAl204催化剂的晶型转变温度、形貌、染料降解率及吸附程度等，并对光催化剂的用量、照射光源等影响因素进行了讨论。结果表明：利用无机盐溶胶一凝胶法能够在较低温度下制备尖晶石型化合物。通过对ZnM204(M=Cr，Mn，Fe)及NAl204(N=Mg，Zn，Cu)的光催化活性分析发现，M、N位离子的电负性和d电子结构是影响尖

3、晶石型化舍物光催化活性的主要因素。这是由于当组成元素(M，N)的电负性增加、d电子数增加时，尖晶石型化合物的能带宽度减小，即半导体的吸收阀值减小，可提高对可见光的利甩率，因此光催化活性增强。对CuAl204的光催化活性分析表明，在700℃热处理时CuAl204已完全生成尖晶石结构，并具有最大的光催化活性；在光源的照射下，Cu声d204光催化剂对三种染料(酸性红B、甲基橙、活性艳红K一2G)均具有较高的光催化活性，破坏了染料的分子结构，并且在光催化剂表面无染料吸附：确定CuAl204光催化剂的用量为29／L，在紫外灯下光催化活性最大，可以实现在太阳光下对染料进行

4、光催化降解，并可多次重复使用。关键词：光催化，尖晶石，溶胶一凝胶法，0uAI：0．，染料AbstractSemiconductormaterialsasphotocatalystsundersunlighttoabatepollutionhasbeenasubjectofgreatinterest．Amongthem，Ti02hasbeenusedmostly，becauseitschemicalcharacteristicissteadyandthephotocatalyticpropertyisbetterandthepriceislow．ButTi02h

5、asdisadvantagesthattherangeoftightabsorptionisnarrowandthedegenerationrateislowerthanpeopleexpected．Therefore，studyinganddevelopingthenew—stylephotocatalyticmaterialhasbecomeanewinvestigativehotspot．Spinelisakindofnew-stylephotocatalyticmaterial．Inthispaper，thespinel·styleZnM204(M=C

6、r，Mn，Fe)andNAl204(N=Mg，Zn,Cu)compoundsarepreparedbyinorganicsaltssol—gelmethodThephotodegmdationexperimentsofvariouswater—solubledyesincludingMethylOrange，acidredB，ReactivebrillianeredK-2Ga∞carriedoutinthesuspensionsystemsofspinelsactingasphotocatalysts．Thephotocatalyticactivityofva

7、riousspinelsisdescribedbythedecorlorationrateofdyes．CuAl204photocatalystWimthebetterphotocatalyticcharacterissticislaidparticularstress．Technicparameterofpreparationisdiscussed．Wi也DTA，XRD，SEM，TEM，UV-visandIR，weinvestigatecrystaltransittemperature，diameterofparticular，photodegradatio

8、nofdyeandde掣eeofads