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半导体光催化氧化技术在水污染控制领域,尤其在处理废水中难降解有机污染物方面具有独特的优越性。本论文设计了一条简单的一步水热法合成路线,在200℃的低温下制备出了具有(110)层状钙钛矿结构的La<,2>Ti<,2>O<,7>纳米片,并对合成产物进行了XRD,SEM,TEM,BET和UV-DRS等分析手段的表征。结果发现,这种方法制备的样品结晶良好、纯度高、颗粒小、形貌均匀、比表面积大。本文还应用前人制备La<,2>Ti<,2>O<,7>材料最常用的溶胶凝胶法,在1100℃的高温下合成了La<,2>Ti<,2>O<,7>对比样品,从而体现出水热法制备光催化材料的优势性。另外,本文较为系统地研究了La<,2>Ti<,2>O<,7>材料的光催化性能,主要内容包括以下几个方面:
1.研究了La<,2>Ti<,2>O<,7>样品在紫外光照射下,催化降解有机含氮染料甲基橙的活性,探讨了实验条件对光催化活性的影响,主要是催化剂投入量和甲基橙溶液初始浓度对甲基橙降解效率的影响。
2.比较了La<,2>Ti<,2>O<,7>材料的制备方法、制备温度和制备原料对其比表面积、相纯度和结晶性的影响,研究了材料的比表面积、相纯度和结晶性对其光催化活性的不同作用。
3.用碱土金属离子对La<,2>Ti<,2>O<,7>进行掺杂改性,研究了不同掺杂离子和不同掺杂浓度对光催化活性的影响,总结出了两条规律:(1)钙离子掺杂对光催化活性的提高有最佳的效果;(2)离子掺杂具有最佳的掺杂浓度,使光催化活性达到同系列样品最高。
4.根据固态化学理论和前人的实践经验,从两方面解释了碱土金属离子掺杂能够提高La<,2>Ti<,2>O<,7>光催化降解甲基橙效率的原因:(1)二价碱土金属离子取代三价镧离子会产生氧空位缺陷,从而有利于电子空穴对的分离,提高光催化反应的速率;(2)碱土金属离子掺杂能够提高La<,2>Ti<,2>O<,7>表面吸附的羟基群数量,从而增加羟基自由基的数量,进而加速甲基橙的降解。