Keggin型過(guò)渡金屬取代雜多酸鹽-TiO2納米催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、水體有毒有機(jī)物引起的環(huán)境污染問(wèn)題已嚴(yán)重威脅人類的生存與健康。目前去除水體有機(jī)污染物比較好的方法是高級(jí)氧化法，因?yàn)檫@種方法能把有機(jī)污染物氧化降解為無(wú)毒的有機(jī)小分子和礦化為CO2和H2O，不會(huì)引起二次污染問(wèn)題。在高級(jí)氧化法中，光催化氧化法因能利用太陽(yáng)光能而更加優(yōu)越和理想，但關(guān)鍵是找到理想的光催化劑。在光催化劑的探索和研究中，TiO2因價(jià)格低廉、化學(xué)穩(wěn)定高和環(huán)境友好等而備受關(guān)注，引起最廣泛的研究興趣，是最有應(yīng)用前景的光催化劑。但純粹的TiO2

2、，禁帶較寬(3.2eV)，只能吸收紫外光，太陽(yáng)光能的利用率較低，因?yàn)樽贤夤庠谔?yáng)光中只占不到5％。盡管通過(guò)非金屬或金屬元素?fù)诫s以及有機(jī)染料或量子點(diǎn)表面修飾可以將TiO2的光吸收波長(zhǎng)擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)，光能轉(zhuǎn)換效率也有明顯提高(～6—12%)，但與綠色植物光合作用的效率相比還依然很低。因此，探索和研究新穎的光催化體系仍然十分必要和有意義。
　　作為新穎的光催化體系，本文以過(guò)渡金屬取代的雜多化合物(PW11M)作為可見(jiàn)光活性組分、TiO2

3、為載體結(jié)構(gòu)組分，采用溶膠凝膠提拉法在玻片表面制備了PW11M/TiO2納米薄膜光催化劑，并采用UV-vis DRS、IR、Raman、TG-DTG、XRD、SEM、TEM等手段對(duì)催化劑的光吸收性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、晶相和表面結(jié)構(gòu)形貌等進(jìn)行了表征，同時(shí)以羅丹明B（RhB）、硝基苯（NB）等模型污染物的光降解為探針，評(píng)估了PW11M/TiO2的可見(jiàn)光催化活性，提出了光催化反應(yīng)機(jī)理，并與TiO2光催化劑的光催化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了比較，同時(shí)考察

4、了焙燒溫度、PW11M劑量和溶液pH對(duì)催化劑光催化活性的影響，最后通過(guò)循環(huán)降解實(shí)驗(yàn)評(píng)估了PW11M/TiO2的光催化穩(wěn)定性。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PW11M/TiO2膜除了紫外光之外，在可見(jiàn)光區(qū)也有明顯吸收，吸收波長(zhǎng)隨取代過(guò)渡金屬M(fèi)的不同而變化。膜的表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)與焙燒溫度密切相關(guān)。當(dāng)焙燒溫度為100℃時(shí)，PW11M/TiO2膜為無(wú)定形態(tài)；隨著焙燒溫度的提高，PW11M/TiO2膜由無(wú)定形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)，至500℃時(shí)膜由“米?！?/p>

5、狀的晶體組成，晶粒的大小為100～600nm。用于降解有機(jī)模型污染物，PW11M/TiO2納米薄膜顯示了明顯的可見(jiàn)光催化活性。例如，PW11Fe/TiO2可見(jiàn)光催化降解硝基苯，反應(yīng)60min，硝基苯的降解率為92%，反應(yīng)4h的TOC去除率為30%；PW11Cu/TiO2可見(jiàn)光催化降解RhB，反應(yīng)60min，RhB的降解率為98%，反應(yīng)4h的TOC去除率為32%；PW11Cr/TiO2可見(jiàn)光催化降解RhB，反應(yīng)60min，RhB的降解率為