改性TiO2可見光催化劑的制備及其光催化性能研究.pdf

1、光催化氧化是一種綠色高效的高級氧化技術,具有分解水制氫、光催化合成和光降解有機污染物等作用,在解決溫室效應、能源問題和環(huán)境問題方面有重要的應用前景。TiO2因其具有活性高、穩(wěn)定性好、安全無毒等優(yōu)點而被作為一種常用的光催化劑。但是TiO2對光的吸收僅限于紫外光區(qū)(Eg=3.2eV),對于可見光或太陽光的吸收利用率很低,提高光能利用效率的關鍵在于突破催化劑的禁帶寬度,使其響應光譜向可見光擴展。對TiO2的光敏化是延伸其激發(fā)波長的一個重要手段

2、。
　　本論文針對拓展催化劑的可見光吸收性能,利用工業(yè)有機顏料和石墨烯(GE)對TiO2進行了改性并對改性后的催化劑的可見光催化性能進行了研究。另外,本文還對苯酚選擇性氧化和羥基化的實驗條件進行了探討。論文主要由以下三部分內(nèi)容:
　　(1)工業(yè)有機顏料敏化改性TiO2復合催化劑降解有機污染物研究
　　通過溶劑熱法制備了具有可見光響應的BYH3G/TiO2復合催化劑。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅

3、立葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外可見漫反射光譜(UV-visDRS)、N2吸附-脫附(BET和BJH)等測試手段對所制備的催化劑進行了表征。分別以羅丹明B(RB)、酸性鉻藍K(ACBK)、甲基橙(MO)等為目標降解物,研究了催化劑在可見光下對有機污染物的光催化降解性能。實驗結(jié)果表明,顏料的復合有效的拓展了催化劑的可見光吸收性能。在可見光照射下,RB、ACBK、MO的降解率分別為93.5％,94.6%和89.2%,而同樣的實驗條件下,

4、三種目標降解物的降解率分別為24.8%,34.8%和9.4%;催化劑反復使用四次催化活性沒有明顯降低,證明復合光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。還分別用顏料紅254、顏料紅151、顏料紅179、酞菁綠G、顏料紅122對TiO2進行敏化改性,在降解MO和RB試驗中都表現(xiàn)了比純TiO2更好的可見光降解效率。探討了制備的光催化劑對有機污染物的降解機理。
　　(2)石墨烯/TiO2復合催化劑的制備及其降解有機污染物性能研究
　　以商業(yè)P25

5、粉(TiO2)和氧化石墨為前驅(qū)物,先后在180℃水熱和450℃高溫下,制得了GE/TiO2復合催化劑。利用XRD、SEM、FT-IR、UV-visDRS等測試手段對所制備的催化劑進行了表征。
　　從吸附能力上,GE/TiO2對RB、MB和MO比改性前的純TiO2都有所提高,在可見光下,純TiO2對RB和MB具有一定的降解效果,但是對MO溶液效果卻很弱,GE/TiO2的可見光催化性能相對于純TiO2有了較大提高。而在紫外光照射下降解

6、速率遠遠高于可見光,在紫外光照射下,光照70min后MO的降解率達到95.6%,60min后RB的降解率達到99.1%,70min后MB的降解率達到99.4%。探討了GE/TiO2復合催化劑對有機污染物的降解機理。
　　(3)苯酚光催化氧化羥基化制備鄰苯二酚(CAL)和對苯二酚(HQE)
　　分別以純TiO2、GE/TiO2和BYH3G/TiO2為催化劑對苯酚進行光催化羥基化反應。在可見光照射下僅以BYH3G/TiO2為催化

7、劑時檢測到少量的CAL和HQE的生成。在紫外光照射下,GE/TiO2和BYH3G/TiO2均顯示出較好的光催化活性和較高羥基化選擇性。實驗考察了催化劑用量、光照時間和H2O2用量對苯酚光催化羥基化反應的影響。以TiO2為催化劑時,苯酚最高轉(zhuǎn)化率為66.9%,CAL和HQE的收率分別為12.6%和4.6%,反應選擇性為25.7%;以GE/TiO2為催化劑時,苯酚的最高轉(zhuǎn)化率為92.1%,CAL和HQE收率分別為19.8%和11.2%,反應