TiO2基納米復(fù)合材料光催化降解有毒有機(jī)污染物.pdf

1、TiO2由于其性質(zhì)穩(wěn)定,無毒,以及高效的光催化活性,無腐蝕性,可反復(fù)使用,可將多種有機(jī)污染物完全礦化成無機(jī)離子和H2O,無二次污染等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。但 TiO2帶隙較寬(Eg=3.2 eV),無法直接利用太陽能等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。半導(dǎo)體復(fù)合不僅可以使其輻射范圍擴(kuò)展至可見光區(qū)而充分利用太陽光或可見光,而且也可以增加導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的分離從而提高光催化效率。本文以 TiO2納米材料為基體,采用溶膠-凝膠法、沉淀法、水熱法(溶

2、劑熱法)制備了TiO2基納米復(fù)合材料(TiO2@SnO2、TiO2@MnO2、TiO2@CdS、Ag-TiO2@MnO2)。利用X射線衍射法(XRD)、電子掃描透鏡(TEM)、比表面積及孔徑分析儀(BET)和紫外-可見吸收光譜(UV-vis)對催化劑結(jié)構(gòu)及光化學(xué)特性進(jìn)行初步表征。研究復(fù)合納米材料在光照射下對有毒有機(jī)污染物降解的催化特性,探討復(fù)合光催化劑制備過程中溫度、介質(zhì)、復(fù)合比等對催化劑催化性能的影響。通過跟蹤測定降解體系 UV-vi

3、s、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和總有機(jī)碳(TOC),評價(jià)了光催化劑對有毒有機(jī)污染物的氧化降解及深度礦化能力。并通過跟蹤分析不同光催化體系過程中主要活性物種羥基自由基(·OH)和雙氧水(H2O2)的變化,探討光催化反應(yīng)作用機(jī)理。
　　1利用溶膠-凝膠法制備復(fù)合 TiO2@SnO2粉體,并用XRD測定手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步表征。以紫外光(λ≤387 nm)光催化降解羅丹明 B(Rhodamine B,RhB)為探針反應(yīng),研究其光催化

4、活性。結(jié)果表明,復(fù)合納米粉末由銳鈦礦相 TiO2和四方晶系 SnO2組成。與單純 TiO2、SnO2相比,TiO2@SnO2光催化活性有很大提高。通過跟蹤降解體系UV-vis、FTIR和TOC測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn) TiO2@SnO2/UV體系對 RhB和2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)有很好的礦化效果。同時(shí),采用辣根過氧化物酶(POD)分光光度法和苯甲酸熒光分析法分別測定了降解過程中H2O2和·OH的產(chǎn)

5、生,表明其光催化反應(yīng)機(jī)理主要涉及到·OH的歷程。
　　2采用溶劑熱法制備納米復(fù)合光催化劑 TiO2@MnO2,運(yùn)用XRD、TEM和UV-vis對其結(jié)構(gòu)及光化學(xué)特性進(jìn)行初步表征。以可見光(λ≥420 nm)照射光催化降解 RhB和2,4-DCP為探針反應(yīng),研究了TiO2@MnO2復(fù)合光催化劑的光催化性能,探討TiO2@MnO2復(fù)合光催化劑制備過程中,MnO2復(fù)合量、溶劑組成對其催化性能的影響。結(jié)果表明,TiO2@MnO2復(fù)合粉末光催

6、化劑由四方晶系 TiO2納米棒和γ-MnO2組成。MnO2復(fù)合量、溶劑組成對 TiO2@MnO2催化性能有很大的影響。在可見光照射條件下,TiO2@MnO2對 RhB和2,4-DCP光催化降解和礦化均高于單純 TiO2。同時(shí),采用POD分光光度法和苯甲酸熒光分析法分別測定了在降解過程中H2O2和·OH的產(chǎn)生,表明 TiO2@MnO2光催化機(jī)理涉及到·OH歷程。
　　3以無機(jī)鈦鹽為原料,在210℃低溫下,水熱制備 TiO2納米帶,通

7、過沉淀法在TiO2納米帶表面修飾 CdS,制得 TiO2@CdS復(fù)合光催化劑,采用XRD、TEM和UV-vis對其結(jié)構(gòu)及光化學(xué)特性進(jìn)行初步表征。以可見光(λ≥450 nm)光催化降解 RhB及水楊酸(Salicylic Acid,SA)為探針反應(yīng),研究 TiO2@CdS復(fù)合光催化劑的光催化性能,探討 TiO2@CdS復(fù)合光催化劑制備過程中溫度、介質(zhì)和TiO2與 CdS復(fù)合比等對TiO2@CdS催化性能的影響。結(jié)果表明,所制備的TiO2納

8、米帶形貌及結(jié)構(gòu)完美、分散性好。復(fù)合粉末由銳鈦礦相 TiO2和立方相 CdS組成。常溫下,中性介質(zhì)中CdS的引入大大提高了TiO2在可見光下的活性;同時(shí),TiO2也促進(jìn)了CdS可見光光催化活性的提高。通過跟蹤降解體系 UV-vis、FTIR和TOC測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn) TiO2@CdS/vis體系在 pH7.00時(shí),對 SA的降解率較 TiO2納米帶有顯著地提高,并且能礦化 RhB和2,4-DCP。
　　4采用兩步水熱法制備摻 Ag光催化

9、劑 Ag-TiO2@MnO2,利用XRD,TEM,BET和UV-vis對催化劑 Ag-TiO2@MnO2進(jìn)行表征。采用可見光(λ≥420 nm)催化降解 RhB及2,4-DCP為探針反應(yīng),對摻 Ag光催化劑 Ag-TiO2@MnO2可見光催化活性進(jìn)行研究,通過跟蹤 UV-vis、FTIR和TOC,評價(jià)摻 Ag光催化劑 Ag-TiO2@MnO2對有機(jī)物的氧化降解及深度礦化能力。結(jié)果表明:Ag-TiO2@MnO2由銳鈦礦型 TiO2和四方相