TiO-,2-基固體超強(qiáng)酸的制備及光催化性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、無污染、低能耗等特點(diǎn)，因而在環(huán)境保護(hù)、能源轉(zhuǎn)換、新物質(zhì)合成等多個方面具有廣闊的應(yīng)用前景。通過多種改性手段改善催化劑的活性，提高催化劑的光催化效率是將這一技術(shù)推向?qū)嶋H應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。本文利用硫酸對TiO2半導(dǎo)體進(jìn)行表面超強(qiáng)酸化，以難降解有機(jī)物污染物鄰硝基苯酚和甲基橙為處理對象，研究了反應(yīng)條件對TiO2基固體超強(qiáng)酸光催化劑光催化活性的影響；考察了WO3、La2O3以及非金屬離子N對TiO2基固體超強(qiáng)酸光催化劑摻雜

2、改性后的光活性的影響，研究了SO42-/TiO2-WO3催化劑光降解鄰硝基苯酚的動力學(xué)及機(jī)理。 本文采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備TiO2粉體，然后將TiO2浸漬于H2SO4溶液中，制備了SO42-/TiO2催化劑，并利用XRD衍射、紅外光譜(FT-IR)、熱重-差熱(TG-DTA)、紫外-可見漫反射(UV-VIS)等手段表征了其結(jié)構(gòu)與酸性；分別以鄰硝基苯酚和甲基橙為目標(biāo)降解物，考察了催化劑的光催化活性，并對反應(yīng)條件作了研究，初步探

3、討了其反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間、焙燒溫度，以及溶液的pH值均對催化劑光催化效果有影響。當(dāng)浸漬硫酸濃度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為500℃，溶液pH值為5.0時，光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應(yīng)45min降解率達(dá)到97﹪。表征結(jié)果表明，SO42-與TiO2表面結(jié)合以橋式雙配位構(gòu)型存在，SO42-/TiO2催化劑光催化效率的提高本質(zhì)在于它的特殊表面酸性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過電荷誘導(dǎo)效應(yīng)加速了光致

4、電子從TiO2導(dǎo)帶向表面酸性中心轉(zhuǎn)移，抑制了電子—空穴的重新結(jié)合。 利用SO42-對TiO2-WO3進(jìn)行表面修飾，制成固體超強(qiáng)酸SO42-/TiO2-WO3，分別在懸浮體系以及制備成薄膜催化劑考察了催化劑的光催化活性。結(jié)果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間、焙燒溫度以及氧化鎢摻雜量均對催化劑光催化效果有影響。當(dāng)浸漬硫酸濃度為0.2mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為550℃，W(WO3)摻雜量為3﹪時，光催化降解鄰硝基苯

5、酚效果最好，反應(yīng)30min降解率達(dá)到97﹪。表征結(jié)果表明，SO42-TiO2-WO3催化劑表面有含硫化物種存在，能產(chǎn)生酸催化中心，同時，WO3的引入，相當(dāng)于在Ti4+周圍放置了吸電子源，使得Ti4+離子上的正電荷增加，結(jié)果增加了其Lewis酸位，從而提高了催化劑的光催化活性。 利用SO42-對TiO2-La2O3進(jìn)行表面修飾，制成固體超強(qiáng)酸SO42-/TiO2-La2O3，考察了催化劑的光催化活性。結(jié)果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸

6、漬時間、焙燒溫度以及La2O3摻雜量均對催化劑光催化效果有影響。當(dāng)浸漬硫酸濃度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為500℃，La2O3摻雜量為x(La2O3)=0.5﹪時，光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應(yīng)30min降解率達(dá)到93﹪。 采用硫酸浸漬法還制備了摻氮固體超強(qiáng)酸SO42-/TiO2，分別考察了催化劑的紫外光和可見光催化活性。硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間以及焙燒溫度均對催化劑光催化效果有影響。當(dāng)浸漬硫酸濃

7、度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為450℃時，可見光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應(yīng)4h降解率達(dá)到70﹪；紫外光催化降解鄰硝基苯酚，反應(yīng)120min降解率達(dá)到88﹪。結(jié)果顯示：摻氮TiO2經(jīng)過表面超強(qiáng)酸化形成摻氮固體超強(qiáng)酸SO42-/TiO2，其可見光催化效果比P-25(德國Deguss公司TiO2)明顯提高。 光降解有機(jī)物的動力學(xué)及機(jī)理研究一直是光催化反應(yīng)過程中一個較為復(fù)雜的問題。本文利用固體超強(qiáng)酸SO4