PFT-TiO-,2-應(yīng)用于有機(jī)物、Cr(Ⅵ)及其復(fù)合污染體系的可見光催化研究.pdf

1、在過去的幾十年間，隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。半導(dǎo)體光催化高級氧化技術(shù)作為一項(xiàng)高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的環(huán)境污染治理技術(shù)，越來越被人們所重視。然而，目前對光催化的研究多以紫外光作為光源，且催化對象多為有機(jī)污染物或有毒重金屬離子單一體系，較少涉及有機(jī)污染物和無機(jī)污染共存的復(fù)雜體系。而在實(shí)際污染中，有機(jī)污染與無機(jī)污染往往共存在同一體系。因此，在可見光下研究污染物的光催化去除，以及有機(jī)、無機(jī)污染復(fù)合污染體系的光催化反應(yīng)，將為實(shí)際治理

2、環(huán)境污染提供有意義的參考。
　　 本文在前人工作的基礎(chǔ)上，以芴與噻吩聚合物敏化TiO2(PFT/TiO2)作為可見光催化劑，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善了該體系的催化機(jī)理，并將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大到有機(jī)染料和鹵代烴、無機(jī)Cr(Ⅵ)離子及與實(shí)際污染情況更為符合的復(fù)合污染體系，同時(shí)對各體系的光催化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了較為深入的理論探討和機(jī)理解釋。結(jié)果如下：
　　 ⑴對有機(jī)染料羅丹明B和鹵代烴體系的催化研究表明：在可見光照射下，PFT/TiO2對羅丹

3、明B和鹵代烴均有較好的催化降解效果。羅丹明B經(jīng)2 h催化反應(yīng)后降解為完全無色的物質(zhì)，TOC的去除率也接近50％。低濃度(200μg/L)的三氯甲烷經(jīng)過5 h光照，出水濃度已低于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其降解主要是通過羥基自由基過程。相比之下，溴代三鹵甲烷的光催化降解均比三氯甲烷容易發(fā)生，這是由于氯原子和溴原子不同的電負(fù)性造成的。
　　 ⑵對可見光/PFT/TiO2體系催化機(jī)理的深入研究表明，氧氣在體系中的作用至關(guān)重要，它不僅能及時(shí)清除導(dǎo)

4、帶電子，有效抑制光生電子與空穴的復(fù)合，同時(shí)也是生成其它活性物種的必要反應(yīng)物。通過電子自旋共振技術(shù)(ESR)和自由基淬滅實(shí)驗(yàn)證實(shí)了羥基自由基是水溶液中引起有機(jī)物光催化氧化的主要活性物種；體系中也存在單重態(tài)氧和超氧自由基，但并不起主要作用；而在無水條件下，單重態(tài)氧是引起有機(jī)物氧化降解的主要活性物種。
　　 ⑶對Cr(Ⅵ)的光催化研究表明：Cr(Ⅵ)的還原反應(yīng)符合一級動(dòng)力學(xué)規(guī)律，溶液pH值和氧氣對該反應(yīng)有較大影響。對該反應(yīng)進(jìn)一步機(jī)理研

5、究表明，在整個(gè)反應(yīng)過程中，光生電子起到主要作用。作為敏化劑的PFT在可見光下吸收光子能量產(chǎn)生光生電子，隨后躍遷至TiO2導(dǎo)帶，被吸附在TiO2表面Cr(Ⅵ)捕獲并發(fā)生還原反應(yīng)生成Cr(Ⅲ)；PFT的電子轉(zhuǎn)移到TiO2之后生成正碳自由基，由于不能及時(shí)補(bǔ)充電子而導(dǎo)致自身結(jié)構(gòu)的變化失去敏化能力。
　　 ⑷對Cr(Ⅵ)與苯酚復(fù)合污染體系的光催化研究表明：相比于單一的Cr(Ⅵ)和苯酚體系，復(fù)合體系中二者的去除效果均有顯著提高。這是由于二者

6、的氧化還原反應(yīng)之間存在協(xié)同作用：在復(fù)合體系中，Cr(Ⅵ)與TiO2表面的光生電子發(fā)生還原反應(yīng)，苯酚被PFT激發(fā)后生成正碳自由基氧化，這兩個(gè)反應(yīng)阻止了光生電子和正碳自由基的復(fù)合，促進(jìn)了電荷分離。而且苯酚作為電子給體，能及時(shí)補(bǔ)充PFT失去的電子，能保護(hù)PFT免遭破壞，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　 ⑸具有不同給電子能力的有機(jī)物(包括醇類、小分子有機(jī)酸、氯代烴、芳香族化合物和螯合劑)對Cr(Ⅵ)離子光催化還原反應(yīng)的影研究表明：容易被氧化