三維網(wǎng)狀TiO2光電催化系統(tǒng)研究及其水中高氯酸鹽的去除.pdf

1、高氯酸鹽有一定的潛在的毒性，對(duì)有機(jī)體有較大的影響，且在水體中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的存在。隨著社會(huì)的進(jìn)步，高氯酸鹽在生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污染已經(jīng)不容忽視。由于ClO4-具有在常規(guī)條件下難以還原的特點(diǎn)，普通的物化法和生物法雖然能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，但是都有各自不同的缺點(diǎn)，不利于推廣使用。近年來(lái)，TiO2作為一種新型的清潔催化劑受到人們的關(guān)注，其優(yōu)秀的光響應(yīng)性能使得光電催化去除水中的ClO4-成為目前最切實(shí)可行的處理手段。本文以納米TiO2催化劑的特性為研

2、究對(duì)象，建立了三維網(wǎng)狀TiO2光電催化系統(tǒng)并用其去除ClO4-的方法。
　　本文針對(duì)催化劑的制備進(jìn)行了研究，并對(duì)光電催化去除的反應(yīng)體系進(jìn)行構(gòu)建。通過(guò)優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)條件，在NH4F/乙二醇體系的有機(jī)電解液中，外加60 V電壓陽(yáng)極氧化處理40 min，后置于馬弗爐中在550℃下煅燒處理2 h得到雙層納米TiO2催化劑（上層薄膜，下層納米管）。使用10 mmol/L AgNO3的前驅(qū)液進(jìn)行光催化還原負(fù)載Ag并在500℃下高溫煅燒2 h制備

3、而成。制得的改性催化劑經(jīng)過(guò)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)證明具有穩(wěn)定高效的催化活性。
　　本文通過(guò)雙通量模型的體積能量吸收速率公式為依據(jù)，制作出一定空間結(jié)構(gòu)的立體鈦網(wǎng)納米TiO2催化劑并設(shè)計(jì)相關(guān)反應(yīng)器。認(rèn)為催化去除效果的規(guī)律與光生電壓的規(guī)律基本一致，當(dāng)載有催化劑的鈦網(wǎng)在一定的空間構(gòu)型上疊成三層的時(shí)候，光生電壓最大，并且催化能力也最強(qiáng)。
　　本文以多項(xiàng)因素對(duì)光電催化還原ClO4-的影響進(jìn)行考察，認(rèn)為在較低的初始濃度和較低的初始pH利于催化還原反

4、應(yīng)的經(jīng)行，反應(yīng)速率符合三級(jí)動(dòng)力學(xué)方程；隨著載有催化劑的鈦網(wǎng)層數(shù)的增加或者面積的增大，能夠提高光利用率，增加催化劑活性點(diǎn)位；隨著外加偏壓值的增大，ClO4-的去除率逐漸增大，并有一最佳值。最終得到在使用初始濃度為10-6mol/L的高氯酸鈉、0.15 mmol/L的檸檬酸為反應(yīng)液，并調(diào)節(jié)初始pH值為3.6左右，以負(fù)載Ag的納米TiO2催化劑為光電催化電極，并在外加電壓的值為1.5 V的條件下催化去除反應(yīng)6 h，得到ClO4-的去除率達(dá)到6

5、0％以上。
　　本文針對(duì)光與電的作用對(duì)催化還原ClO4-機(jī)理進(jìn)行討論，認(rèn)為電助光催化還原的效果并不是光催化還原和電催化還原的簡(jiǎn)單加和，在外加電壓的作用下，本體系對(duì) ClO4-的催化去除效率和速率有了近1倍的提升。這為電助光催化還原水中ClO4-提供了一種切實(shí)可行的方案。結(jié)合循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗圖譜法和Mott-Schottky公式，確定了在電助光催化還原高氯酸鹽的反應(yīng)體系中，起主導(dǎo)作用的是光催化還原反應(yīng)，而外加電壓僅僅在適當(dāng)值范