摘 要

随着经济的迅猛发展和人类生活水平的提高，水污染问题变得日益严重，而有机污染物是水污染的重要组成部分，具有色度高、浓度高、含盐量高和悬浮物高的四个特点，属于无法被自然的生态环境自动处理的一类污染物。因此，采用相应的手段对有机污染物进行有效的治理已经成为人们研究环境污染治理的重中之重。

钙钛矿型复合氧化物因其具有优良的热稳定性、化学稳定性和结构稳定性，因而能表现出更多样的催化活性，这引起了人们的广泛关注和研究。本文以自制球状二氧化钛为前驱体，以共晶NaCl-KCl熔盐作为溶剂，采用熔盐法制备球状钛酸锶。同时，通过X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、场发射透射电子显微镜（FETEM）等测试手段研究煅烧温度和保温时间等工艺参数对样品物相组成和形貌的影响。以甲基橙溶液为目标降解物对样品的光催化性能进行表征。

结果表明，随着样品煅烧温度的升高和保温时间的增加，钛酸锶的结晶度逐渐变高，球状钛酸锶尺寸逐渐增大，700℃即可获得无杂相的球状钛酸锶。光催化性能测试表明本文制备的球状钛酸锶对甲基橙溶液的降解活性良好。保温时间相同，不同煅烧温度所制备的球状钛酸锶样品，以700℃所得样品的光催化活性相对较高，600℃的次之，500℃的最差。制备温度不变，延长保温时间，一定程度上有助于提高样品的光催化降解速率。钛酸锶的制备成本相对较低，制备工艺简单，且对有机污染物的降解效率较好，有望成为未来解决有机污染物的可选催化材料。

关键词：二氧化钛；钛酸锶；熔盐法；光催化

Abstract

With the rapid development of economy and the improvement of human living standards, water pollution becomes increasingly serious, and organic pollutants are an important part of water pollution, with high color, high concentration, high salt content and high suspended solids Four characteristics, can not be natural ecological environment automatically deal with a class of pollutants. Therefore, the use of appropriate means to effectively control organic pollutants has become the most important factor in the study of environmental pollution control.

Perovskite-type composite oxides have excellent thermal stability, chemical stability and structural stability, and thus can show a variety of catalytic activity, which has aroused widespread concern and research. In this paper, spheroidal titanate was prepared by melt-salt method using homemade spherical titanium dioxide as precursor and eutectic NaCl-KCl molten salt as solvent. At the same time, the effects of process parameters such as calcination temperature and holding time on the phase composition and morphology of the samples were studied by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and field emission transmission electron microscopy (FETEM) The The photocatalytic performance of the samples was characterized by methyl orange solution as the target degradation product.

The results show that the crystallinity of strontium titanate becomes higher and the size of strontium titanate increases gradually with the increase of calcination temperature and the holding time. The photocatalytic performance test showed that the degradation activity of the spherical strontium titanate prepared in the methyl orange solution was good. The photocatalytic activity of the samples prepared at 700 ℃ was relatively high, followed by 600 ℃, and the worst at 500 ℃. The temperature of the preparation is constant and the holding time is prolonged, which helps to improve the photocatalytic degradation rate of the sample to a certain extent. The preparation cost of strontium titanate is relatively low, the preparation process is simple, and the degradation efficiency of organic pollutants is good, which is expected to be an alternative catalytic material for the future solution of organic pollutants.

Key Words：Titanium dioxide;Strontium titanate; Molten salt method; Photocatalysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 二氧化钛光催化原理 2

1.3 二氧化钛光催化剂应用局限 3

1.4 钛酸锶的结构与性质 3

1.4.1 钙钛矿的基本结构 3

1.4.2 钛酸锶的基本结构 5

1.4.3 钛酸锶的能带结构 6

1.5 钛酸锶的制备工艺 8

1.5.1 高温固相反应法 8

1.5.2 水热法 9

1.5.3 溶胶-凝胶法 10

1.5.4 微波合成法 10

1.5.5 等离子体法 10

1.6 钛酸锶的性能与应用 11

1.6.1 在污水处理中的作用 11

1.6.2 在室内装修中的应用 11

1.6.3 光催化水解电极材料 11

1.6.4 晶界层电容器 11

1.6.5 湿敏材料 11

1.6.6 对甲基橙的处理 12

1.7 论文研究的目的及意义 12

第2章 实验部分 13

2.1 实验试剂和仪器 13

2.1.1 实验试剂 13

2.1.2 实验仪器 13

2.2 钛酸锶的制备 14

2.2.1 制备原理 14

2.2.2 钛酸锶的制备过程 14

2.3 钛酸锶的表征 15

2.3.1 X射线衍射法（XRD） 15

2.3.2 扫描电子显微分析（SEM） 16

2.3.3 透射电子显微分析（TEM） 16

2.4 钛酸锶的光催化性能检测 16

2.4.1 检测方法 16

2.4.2 甲基橙的配制 17

2.4.3 波长的定位 17

2.4.4 光催化性能的检测 17

第3章 实验结果分析 18

3.1 XRD结果分析 18

3.2 形貌分析 19

3.2.1 SEM结果分析 19

3.2.2 TEM结果分析 21

第4章 钛酸锶对甲基橙的光催化实验 22

4.1 合成温度对催化活性的影响 22

4.2 保温时间对催化活性的影响 23

第5章 结论 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

自从TiO₂在1972年被FujishimaA^[1]等人发现可以进行光分解水，科研人员就孜孜不倦的开始探索光催化反应领域。光催化的应用非常广泛：能够分解水来制取氢气缓解能源短缺问题；能够通过还原CO₂来制备有机物；还能够降解有机污染物来治理环境污染。这些应用都是当下人们所紧需的。当人们通过研究各种光催化剂来试图解决各种污染物的科学研究越来越多，最终发现了价格低廉的TiO₂，它具有非常好的抗光腐蚀性和抗化学腐蚀性，成为了这几十年极其重要的光催化剂。我们可以通过各种途径来翻阅查看国内外对于光催化的研究，发现大多数光催化剂都是采用二氧化钛或者二氧化钛的改性掺杂物，但是研究发展进展非常缓慢，这是因为光催化剂，顾名思义是需要借助光来发生催化，可是太阳光的被吸收利用效率极低，改性二氧化钛提高了太阳光的吸收活性，但是降低了本身具有的优良的理化稳定性能。如果想提高光活性，那么要提供催化剂吸收最多的紫光，来进行催化反应，可是人工光源的能量损耗和价格都十分庞大，投入与回报不成正比，导致性能优秀的光催化剂一直不能大规模的应用于人类的生活中^[2]。

1.1 引言