硅膠負載型TiO2的改性及模擬日光條件下光催化降解丙烯腈.pdf

1、半導體光催化技術作為一種有效的高級氧化技術，能夠將大部分有機污染物氧化降解，且其具有成本較低、室溫下反應、TiO2無毒和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，因而成為國際上研究最為前沿的領域之一。但是，目前光催化技術仍然存在很多問題，比如催化劑對光響應范圍較小、反應時間較長和光降解活性較低等。本論文針對上述問題，選取有機污染物丙烯腈作為目標污染物，以模擬日光燈作為穩(wěn)定的光源，以TiO2/SiO2為基體，對其進行HNO3浸漬、H2SO4浸漬、F摻雜和N-F

2、共摻等改性制備，并將其作為光催化劑，利用模擬日光對丙烯腈進行光催化降解研究。具體內容如下：
　　首先，考慮到丙烯腈分子具有Lewis堿性，為獲得光催化降解丙烯腈的高活性催化劑，將在工業(yè)催化中常用的固體酸性催化劑引入到光催化中，獲得對環(huán)境友好且有效的催化劑。利用不同濃度的硫酸水溶液浸漬不定型態(tài)TiO2/SiO2，獲得硫酸改性的SO2-4/TiO2/SiO2催化劑。表征結果表明，S元素以SO2-4的形式高度分散在TiO2晶體中。硫酸浸

3、漬改性能夠有效的抑制晶體生長，對光活性的提高是有利的。硫酸浸漬改性是增加催化劑表面酸性位點的有效途徑，這改善了催化劑對丙烯腈的吸附性能，提高了催化劑降解丙烯腈的光催化活性。且所制備的硫酸浸漬改性催化劑具有較高的重復利用性能。
　　為縮短光降解丙烯腈的反應時間，以HF水溶液作為氟源，以SiO2作為載體，利用溶膠凝膠法制備了F摻雜TiO2/SiO2催化劑。分析了TiO2負載量、原材料中HF/Ti摩爾比和煅燒溫度等不同制備條件對改性催化

4、劑的物理化學性質，尤其是表面酸性位點，和在模擬日光下光催化降解丙烯腈的活性的影響。得到了光降解丙烯腈的F摻雜改性TiO2/SiO2的最優(yōu)制備條件：TiO2負載量為36wt.％，HF/Ti摩爾比為1.1，煅燒溫度為450oC。表征結果表明，SiO2載體的存在對催化劑比表面積的提高起了主要作用。研究結果表明，F摻雜使催化劑表面引入了Bronsted和Lewis酸性位點，相比于光吸收性能的改善，表面酸性位點的數目和酸強度的增加對F摻雜TiO2

5、/SiO2降解丙烯腈活性的提高起了更重要的作用。
　　為了進一步提高催化劑降解丙烯腈的活性，在摻雜F元素的同時摻雜了N元素，用溶膠凝膠法制備了N-F共摻雜TiO2/SiO2催化劑。表征結果表明，NH4F摻雜有效地抑制了催化劑顆粒的集聚。氮元素有效的摻雜進TiO2的基體中，N摻雜使催化劑的吸收邊向可見光方向偏移，這對催化劑降解丙烯腈活性的提高起了一定的作用。N-F摻雜提高了催化劑表面Lewis酸性位點的數量，并使催化劑表面出現了Br

6、onsted酸性位點，這對光催化活性的提高起了關鍵作用。在模擬日光下光照6min，對丙烯腈的降解率可以達到71.5%，這對丙烯腈的快速有效去除提供了一條可能的途徑。根據產物分析結果，提出了使用N-F共摻雜TiO2/SiO2催化劑光降解丙烯腈的可能路徑。
　　鑒于一部分表面羥基基團是以表面酸性位點的形式存在及表面羥基基團在光催化氧化中的重要作用，建立了一個單層的表面羥基層模型，對改性前后催化劑的表面羥基濃度進行了定量分析。結果表明，

7、所制備催化劑的表面羥基濃度與其在模擬日光下的光催化活性呈近似正相關的關系。根據原位IR表征和相關文獻報道，這些羥基基團包括Bronsted酸性位點和能與吡啶形成氫鍵的羥基。而這兩種羥基均有利于光催化活性的提高。
　　通過對論文中所制備的改性前后催化劑的表面酸性和光活性的對比可知，催化劑表面的酸性與催化劑在模擬日光下降解丙烯腈的活性呈現出相同的趨勢；相比于未改性催化劑和文獻報道，模擬日光下改性催化劑降解丙烯腈的光活性獲得了較大提高，