《羟基磷灰石支持的二氧化钛光催化剂的合成及对复合污染物的光降解研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《羟基磷灰石支持的二氧化钛光催化剂的合成及对复合污染物的光降解研究（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、0本 科 毕 业 论 文题目（中文）： 羟基磷灰石支持的二氧化钛光催化剂的合成及对复合污染物的光降解研究 （英文）： The Research of the Compound of the Titanium Dioxide Accrete on the Hydroxyapatite and Its Photodegradtion to Complex Contamination 学 院 生命与环境科学学院 年级专业 06 级应用化学 学生姓名 张继伟 学 号 060143486 指导教师 黄金萍 完 成 日 期 2010 年 4 月1目 录摘要 2一前言 4（一）羟基磷灰石的组成和晶体结构 4
2、（二）二氧化钛及光催化氧化及还原原理 4（三）复合污染和 Cr(VI)和苯酚的危害性 6（四）协同光催化 6二. 实验部分 7（一）试剂与仪器 7（二）合成步骤 7三. 结果与讨论 8（一）样品表征 8（二）光催化活性实验 11四. 结论 13参考文献 13致谢 172羟基磷灰石支持的二氧化钛光催化剂的合成及对复合污染物的光降解研究摘 要羟基磷灰石(hydroxyapatite，缩写为 HA 或 HAP)是一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，理论组成为 Ca10(PO4)6 (OH)2，属于六方晶系，P63m 空间群，晶胞参数为 a0=b0 =0.9430.938 nm，c 0=0.6880.686
3、 nm。由于其晶体结构的可调变性， Ca2+可以被 Ba2+, Sr2+, Cd2+, and Pb2+ 和 P5+ 可以被 V5+, Cr5+取代，而晶体机结构保持不变，因此可以利用 HAP 对许多离子的吸附和交换作用，在处理重金属污染的水时，将其作为吸附剂，将重金属离子固定在其表面。本文以 KNO3和 LiNO3为助熔剂，以硝酸钙和磷酸氢二铵法和氟化钾为原料来合成羟基磷灰石，测试其对铬离子的吸附能力，在此基础上用柠檬酸修饰，通过钛酸丁酯在其表面的水解并焙烧负载上二氧化钛，得到产物简称为 HAP-Ti。通过光催化原理既降解水中的有机污染物，又将水中的 Cr6+还原为三价 Cr3+离子，最后将
4、 Cr6+固定在 HAP 上，达到治理的综合污染的水的治理。本文通过 X 射线衍射仪、红外吸收光谱、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜对合成的样品进行了表征，又通过紫外分光光度法法对测定负载二氧化钛的羟基磷灰石进行光降解水中复合污染物的能力。关键词：羟基磷灰石 二氧化钛 光催化 复合污染物3The Research of the Compound of the Titanium Dioxide Accrete on the Hydroxyapatite and Its Photodegradtion to Complex ContaminationAbstract: Hydroxyapatite
5、 (abbreviated as HA or HAP) is a kind of alkalescent calcium phosphate slightly soluble in water. Its theoretic composition is Ca10(PO4)6 (OH)2 belonging to hexagonal system, P63/m space group; and its cell parameter is a0=b0 =0.9430.938 nm，c 0=0.6880.686 nm. its crystalstructure is tolerant tomanyi
6、onic substitutions and completereplacement of Ca2+ by Ba2+, Sr2+, Cd2+, and Pb2+ and P5+ byV5+, Cr5+, and As5+ is possible. Hydroxyapatite is a kind of porosity material, which has larger surface area and activity. So, it made hydroxyapatite own sorption and obtain the ability that others accrete on
7、 the surface of hydroxyapatite. In this paper, we use KNO3 and (NH4)2HPO4 to compound hydroxyapatite, in order to test the absorption of Cr6+ in water, and after plated the Titanium dioxide on the surface of hydroxyapatite by TBOT under the circumstance of citric acid to photo-degrade the complex co
8、ntamination via visible light, thus it will get rid of pollution.Key words: Hydroxyapatite Titanium dioxide Photodegradtion Complex Contamination4第一章 前言1.1 羟基磷灰石的组成和晶体结构羟基磷灰石的应用是由其独特的晶体化学结构决定的，羟基磷灰石的理论组成为Ca 10(PO4)6 (OH)2 ，为六方晶系，属于P63/m空间群，晶胞参数为a 0=b0 =0.9430.938 nm，c 0=0.6880.686 nm。单位晶胞含有l0个Ca 2+
9、、6个PO 43-。和2个OH -。结构中 Ca2+ 离子分别位于配位数为9的Ca(I)位置和配位数为7的Ca(II)位置，而磷氧四面体则通过共角顶或共面的Ca(I)、Ca(1I) 多面体连接起来。4个Ca(I)处于6个O组成的CaO 八面体中心，6个Ca(II) 处于3个O组成的三配位体中心，其多面体围绕六次螺旋轴分布，构成平行c轴的螺旋六重对称性结构通道，OH -位于通道之间由Ca 和氧原子形成的垂至于c轴平面的等边三角形中心，这种结构恰似一个“离子交换柱”。HA微晶表面的表面状态主要有 1：当OH -位于晶体侧表面时，OH 与两个Ca(II)离子相连，在水溶液中，这个表面的OH位置至少在
10、某一瞬间空缺，由于两个 Ca()离子带正电荷，形成了一个吸附位置，这个位置能吸附PO 43- 、大分子上的磷酸根基团或羧基基团。当Ca(I) 位于平行于单晶横截面的表面时，由于Ca(I)与 6个带负电荷的O原子相连，Ca(II)与3个带负电荷的O原子相连，在水溶液中，表面的Ca(I)位置形成较强的吸附位置，能吸附 Sr2+，K +等阳离子及蛋白质分子的基团，而在Ca() 位置则形成一个较弱的吸附位置。PO 43- 位于晶体的表面时，OH通过氢键与PO 43- 离子结合。之所以要选择羟基磷灰石做为附载体，因为我们发现通常情况下，离子适应于在一个能够让离子穿过并由可随离子改变的框架的晶体结构中交换
11、。而当羟基磷灰石中的钙则处于整个晶体的中间部位，可以在羟基磷灰石晶体的孔道中流动 2。因此羟基磷灰石具有强力的，捕获溶液中离子的能力。而且经证实，羟基磷灰石中的Ca 2+很容易地能够被Ba 2+,Sr2+,Cd2+,Pb2+,Sb2+3替换；P 5+亦能被V5+,Cr5+,As5+替换，而保持晶型完好，从而使这些离子被吸附在羟基磷灰石上 2。1.2 二氧化钛及光催化氧化及还原原理由于二氧化钛的获取方便性、无毒性、价钱相对不昂贵、以及其化学稳定性，使得二氧化钛在能量转换 4,5和污染控制 6,7领域中广泛地使用着。然而，作为光催化剂，二氧化钛因为少量的量子5产额这一瓶颈问题，因此在实际应用中收到
12、和很大的制约。所以提高光电子离散程度，使用低电压是一个有效的方法。因此，外加的这些能量供给与设备将增加污水处理的成本。因此协同光催化处理将能提高量子产额。同样，光生电荷的再结合能在孔洞清除和电子俘获同时进行时下降 8,9。Fig.1Mechanism of semiconductor excited by impinging photos with energiesequal to or higher than its band gap or threshold energy.光激发产生的电子和空穴所经历的变化途径示于 Fig.1。半导体粒子含有能带结构，它分为导带和价带，它们之间由禁带分开。
13、半导体的禁带宽度一般为 3.0eV 以下。处于基态的半导体材料内部没有自由的载流子，价带电子束缚于价带，导带为空带。但当受到能量大于或等于禁带宽度的光照时，价带上的电子被激发跨越禁带进入导带，成为光生电子，同时在价带上产生相应的空穴成为光生空穴。光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。除了上述变化途径外，光激发产生的电子、空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子、空穴俘获剂，储备的能量
14、在几个毫秒内就会通过复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制，随后的氧化还原反应就会发生。在水溶液中，OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧。从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响，相互制约。这为研究催化剂结构变化对光生载流子的影响提供了良好的反应探针。从氧化还原反应两个角度评价催化剂的光催化性能有助于人们更全面地了解催化剂光催化性能。6本实验室用柠檬酸三钠作为羟基磷灰石的表面附载剂是因为柠檬酸三钠有三个羟基，能够使钛酸丁酯更易于在羟基磷灰石表面完全水解。1.3 复合污染和 Cr(VI)和苯酚的危害性复合污染就是当水中的污染物质同时有重金属污染物和有机物存在时，此污染为复合污染。在此论文中，我们以 Cr(VI)为假想重金属污染物，苯酚为假想有机污染物。现代环境污染往往表现为有机物和无机物的复合污染，如水体污染大多表现为有机物和重金属的复合污染。因此，开发多功能的污染处理材料成为环境治理的重点。研究表明，在紫外线的作用下，二氧化钛作为光催化剂可以有效降解水中有机污染物，是水污染治理的极佳材料。当水体中含有六价铬离子时，二氧化钛对 Cr6+离子的光还原作用和对
