金屬摻雜納米TiO-,2-制備及降解室內(nèi)甲苯研究.pdf

1、光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)是目前室內(nèi)空氣治理的熱點(diǎn)之一，其中高活性TiO2光催化劑的研發(fā)是影響其實(shí)用化的關(guān)鍵。本論文主要針對光催化劑存在的電子-空穴復(fù)合率高以及太陽能利用率低兩大難題，通過金屬離子摻雜改性抑制電子-空穴復(fù)合，同時(shí)拓展其光響應(yīng)范圍，從而制備得到高活性金屬離子摻雜納米TiO2光催化劑，并采用XRD、TG-DSC、TEM-EDS、UV-VIS等手段對催化劑進(jìn)行表征，探索金屬離子摻雜的作用機(jī)制，并將其應(yīng)用于室內(nèi)

2、空氣中甲苯的光催化降解，為光催化技術(shù)在室內(nèi)空氣中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。 研究內(nèi)容包括：采用溶膠-凝膠法制備了純TiO2納米粒子，在間歇反應(yīng)器中研究了其對氣相甲苯的光催化活性以及光源、催化劑負(fù)載量、溫度、甲苯初始濃度等因素對其降解的影響；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其光催化活性為P25的1.5倍，254nm紫外光對甲苯的降解效率比365nm的高近40倍；隨負(fù)載量的增加光催化效率先增大后減小，存在最佳值，為1.51mg·cm-2；在室內(nèi)空氣全年的

3、溫度變化范圍內(nèi)，溫度變化對反應(yīng)速率的影響很??；增加甲苯初始濃度可加快反應(yīng)速率。 結(jié)合整個(gè)反應(yīng)過程，推導(dǎo)了L-H光催化動(dòng)力學(xué)公式，計(jì)算得甲苯的光催化反應(yīng)速率常數(shù)k、吸附動(dòng)力學(xué)常數(shù)K分別為1.98×10-4mol·m-3·min-1、1.51×103m3·mol-1；由FT-IR檢測結(jié)果推得光催化降解氣相甲苯的中間產(chǎn)物為六元環(huán)醇。 溶膠-凝膠法分別制備得到Fe3+、Cr3+、Cu2+、Zn2+摻雜的TiO2納米粒子，以間

4、歇系統(tǒng)中其對甲苯的降解效率為依據(jù)，篩選得Zn2+為最優(yōu)摻雜粒子；討論了不同摻雜前驅(qū)體、Zn2+摻雜量、催化劑灼燒溫度、催化劑灼燒時(shí)間等制備條件對Zn2+-TiO2光催化活性的影響，發(fā)現(xiàn)灼燒溫度的影響最大；得到溶膠-凝膠法制備Zn2+-TiO2的優(yōu)化條件為：硝酸鋅為摻雜前驅(qū)體，焙燒溫度500℃、焙燒時(shí)間3.5h。優(yōu)化制備條件下所得Zn2+-TiO2對甲苯的kobs為純TiO2的2倍。結(jié)合TG-DSC、XRD、TEM-EDS及UV-VIS等