TiO-,2--活性炭復(fù)合材料的Sol-Gel法制備及表征.pdf

1、本論文針對(duì)活性炭吸附和TiO<,2>光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，采用溶膠凝膠法制備出了納米TiO<,2>、活性炭(AC)擔(dān)載TiO<,2>/xAC復(fù)合光催化劑、TiO<,2>負(fù)載吸附-光催化雙功能活性炭吸附材料。論文主要研究工作如下： 1、以鈦酸四丁酯為鈦源、無(wú)水乙醇為溶劑、冰醋酸為螯合劑、濃鹽酸為催化劑，采用溶膠-凝膠法制備TiO<,2>光催化劑，以苯酚為模型物，通過(guò)對(duì)溶膠-凝膠法中各個(gè)影響因素的考察，得到制備TiO<,2

2、>光催化劑的優(yōu)化工藝條件。最佳條件下合成的TiO<,2>前驅(qū)體為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，400℃煅燒時(shí)幾乎完全轉(zhuǎn)化為銳鈦礦相，700℃時(shí)基本轉(zhuǎn)化為金紅石相。隨著煅燒溫度升高，TiO<,2>光吸收閾值紅移，TiO<,2>粒子尺寸增大，比表面積下降。 2、在TiO<,2>前軀體中加入活性炭，制備TiO<,2>/xAC復(fù)合光催化劑，通過(guò)對(duì)苯酚、甲基橙、Cr(Ⅵ)以及硝基苯的光催化降解考察催化劑活性。結(jié)果表明：AC摻雜可為二氧化鈦提供高濃度環(huán)境，適

3、宜的AC摻雜量可顯著提高二氧化鈦對(duì)有機(jī)稀溶液的光催化活性，TiO<,2>/xAC(AC，wt=9％)100 min內(nèi)對(duì)0.05 g/L的苯酚去除率達(dá)100％，而純TiO<,2>需160 min，對(duì)甲基橙、Cr(Ⅵ)以及硝基苯的光催化活性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同條件下制備的TiO<,2>及商品P25，循環(huán)使用10次后120 min內(nèi)TiO<,2>/9AC對(duì)苯酚的降解率仍達(dá)93.04％，且具有較好的分離性能。對(duì)于50mg/L苯酚的光催化降解，TiO<,

4、2>/5AC、TiO<,2>/9AC、TiO<,2>/15AC的協(xié)同系數(shù)分別為1.09、1.53、1.29。XRD、SEM(EDAX)結(jié)果表明，AC可抑制TiO<,2>由銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變，提高TiO<,2>的分散性，降低二氧化鈦團(tuán)聚體的尺寸。漫反射光譜也表明AC的摻雜并不影響TiO<,2>的能閾結(jié)構(gòu)。FT-IR表明在復(fù)合催化劑中TiO<,2>與AC的接觸界面處有Ti-O-C鍵形成，從而使TiO<,2>與AC結(jié)合牢固。 3

5、、系統(tǒng)研究了活性炭性質(zhì)對(duì)復(fù)合光催化劑TiO<,2>/9AC光催化活性的影響。結(jié)果表明，活性炭的孔結(jié)構(gòu)對(duì)TiO<,2>/9AC光催化活性影響顯著。AC的比表面積與TiO<,2>/9ACx的光催化活性成無(wú)規(guī)律變化。大孔相對(duì)發(fā)達(dá)的AC<,1>為原料制得的復(fù)合光催化劑TiO<,2>/9AC<,1>對(duì)幾種污染模型物均表現(xiàn)出較高活性。 4、在AC的表面上擔(dān)載TiO<,2>，制備了吸附．光催化雙功能活性炭吸附材料AC/xTiO<,2>。吸附性

6、能及光催化活性測(cè)試結(jié)果表明，AC/50TiO<,2>對(duì)苯酚不僅有高的吸附能力，同時(shí)亦表現(xiàn)出較高光催化活性，吸附去除率和光催化去除率分別達(dá)53.84％、39.59％。且在第10次重復(fù)使用時(shí)，吸附．光催化雙功能材料AC/50TiO<,2>對(duì)苯酚的暗吸附量仍達(dá)40.76％。另外，盡管AC/50TiO<,2>吸附能力下降，但紫外燈打開后其仍對(duì)苯酚的去除表現(xiàn)出較高效能，在循環(huán)10次使用后120min內(nèi)對(duì)苯酚的去除率仍達(dá)81.98％，計(jì)算得出AC/

7、50TiO<,2>在10次循環(huán)使用過(guò)程中對(duì)苯酚的去除總量達(dá)443.36 mg/g，比未擔(dān)載TiO<,2>的AC高出近2.5倍(未擔(dān)載TiO<,2>的AC在循環(huán)使用后對(duì)苯酚的去除總量為174.04mg/g)。由此表明所制備的吸附吸附．光催化雙功能材料對(duì)于有機(jī)微污染的去除具有效率高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 5、通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行HNO<,3>氧化及隨后的N<,2>氣氛中熱處理，研究了活性炭性質(zhì)對(duì)其吸附硝基苯性能的影響。以低溫液氮(N<,2>/

8、77 K)吸附測(cè)定活性炭的比表面積和孔容、孔徑分布；以SEM觀測(cè)活性炭表面形貌；以Bochm滴定、FTIR、零電荷點(diǎn)pH<,PZC>的測(cè)定及元素分析定量表征活性炭表面含氧官能團(tuán)變化。結(jié)果表明：HNO<,3>氧化可以顯著改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，增加活性炭表面酸性含氧官能團(tuán)數(shù)量，對(duì)活性炭孔隙結(jié)構(gòu)影響不大。隨后N<,2>氣氛中熱處理可以造成活性炭表面酸性含氧官能團(tuán)分解，外表面積增大，微孔燒蝕為中孔。硝基苯在活性炭上的吸附基本符合Langmui