微波輔助活性炭負(fù)載TiO2及光催化降解特性研究.pdf

1、半導(dǎo)體TiO2在有機(jī)污染物和染料去除、大氣凈化、產(chǎn)H2等工業(yè)領(lǐng)域有普遍的應(yīng)用。但是在實(shí)際應(yīng)用中，受到以下這幾方面的限制：一是由于 TiO2自身表面積較小，對(duì)低濃度污染物的去除效率低，且回收起來較為困難。二是只有紫外光能激發(fā) TiO2發(fā)生催化效率，且電子-空穴對(duì)容易復(fù)合，難以利用太陽光中的可見光。另外制備 TiO2的傳統(tǒng)方式為高溫加熱法，高溫加熱所需要的設(shè)備條件要求高，加熱時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)大量的能量。因此本文以鈦酸丁酯為原材料，活性炭（AC）

2、為載體，采用溶膠凝膠法在微波輔助條件下制備了活性炭負(fù)載 TiO2（AC/TiO2）光催化劑。并以 Fe、Cu、N離子對(duì) AC/TiO2進(jìn)行改性研究，探討其對(duì)甲醛降解效率的影響。研究結(jié)果如下：
　　采用微波輔助溶膠凝膠法制備AC/TiO2，研究了微波功率、微波時(shí)間和活性炭與TiO2凝膠的質(zhì)量比對(duì)AC/TiO2結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明微波輻射時(shí)間為15 min，微波功率為700 W，AC與TiO2凝膠為1：10時(shí)，制備的AC/TiO

3、2中含有銳鈦礦和金紅石相，TiO2為球形的納米粒子，顆粒大小20-50 nm并均勻分布在AC表面。TiO2負(fù)載在AC上后的吸光性表現(xiàn)出明顯的紅移，比純TiO2表現(xiàn)出更強(qiáng)的光吸收能力。在紫外燈照射下AC/TiO2對(duì)甲醛的降解效率為34.37％，甲醛初始濃度越低，紫外燈光越強(qiáng)，催化劑投加量越多,光催化劑對(duì)甲醛的光催化降解率越高，在酸性甲醛溶液中的降解效果優(yōu)于光催化劑處于堿性溶液里的降解效果。在紫外線照射300 min后，AC/TiO2對(duì)羅丹

4、明B染料的去除效率為98%，主要?dú)w因于介孔炭材料的高吸附能力和高含量的TiO2。熒光光譜分析表明羥基自由基（·OH）在光催化降解過程中扮演著重要角色。
　　為了提高AC/TiO2對(duì)甲醛的降解效果，將Fe和N摻雜AC/TiO2，結(jié)果表明Fe、N的最佳摻雜量分別為0.01 g和0.4 g，對(duì)甲醛的光催化降解率分別達(dá)到73.0%和50.0%。摻雜改性沒有影響 AC/TiO2的比表面積大小。0.4N-0.01Fe-AC/TiO2中，N摻雜

5、后進(jìn)入TiO2晶體內(nèi)部，在O2p軌道的價(jià)帶跟Ti3d軌道的導(dǎo)帶之間形成一條新的雜交軌道，而Fe3+摻雜AC/TiO2后在導(dǎo)帶下面出現(xiàn)一條新的能帶。在Fe、N共摻雜改性的AC/TiO2中，兩種離子在降低帶能方面具有協(xié)同效應(yīng)，帶隙能更是降為2.58 eV。TiO2的銳鈦礦和金紅石相的比為57：43，這有利于降低光生電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)而提高·OH產(chǎn)率，對(duì)甲醛的降解效率達(dá)到93%。另外催化劑在應(yīng)用中表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性。
　

6、　研究了銅離子摻雜對(duì)AC/TiO2的影響。當(dāng)Cu摻雜量為0.15 g時(shí)，Cu-AC/TiO2對(duì)甲醛的光催化降解率達(dá)到83.6%。Cu離子摻雜使得TiO2的導(dǎo)帶下面形成一條新的導(dǎo)帶，并取代TiO2晶格中部分的Ti4+導(dǎo)致了大量的O缺陷，這樣很容易使N加入TiO2填補(bǔ)O的缺陷，降低禁帶寬度。催化劑在燈光照射下，激發(fā)態(tài)的電子從TiO2的導(dǎo)帶遷移到Cu的導(dǎo)帶上，提高電子空穴對(duì)的分離效率，提高催化效率。Cu價(jià)帶上的電子也可能轉(zhuǎn)移到TiO2的價(jià)帶上