TiO2的改性合成及P25光催化降解二嗪磷機(jī)理研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以后，環(huán)境污染和能源短缺成為限制人類社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。光催化技術(shù)由于有希望解決這兩大難題而受到廣泛的關(guān)注。TiO2以其高效、穩(wěn)定、無(wú)毒、性能優(yōu)越的特點(diǎn)成為最有應(yīng)用前景的催化劑，但是如何提高TiO2可見(jiàn)光利用率以及體系條件如何影響TiO2降解農(nóng)藥的機(jī)理還是人們尚未完全解決的問(wèn)題。本文利用溶劑熱法合成了不同形貌的TiO2，并通過(guò)貴金屬沉積和煅燒對(duì)其進(jìn)行改性，采用多種表征手段考察了催化劑的晶相、結(jié)構(gòu)組成、表面成分、光吸收能力、載

2、流子分離情況及光催化降解污染物的活性;同時(shí)詳細(xì)研究了pH在P25對(duì)光催化降解農(nóng)藥二嗪磷過(guò)程中的吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、降解動(dòng)力學(xué)、中間產(chǎn)物及降解路線的影響。論文主要內(nèi)容如下:
　　1.以甘油為溶劑合成了納米帶前驅(qū)體，采用XRD、TGA、IR等手段對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析;煅燒后對(duì)TiO2進(jìn)行表面貴金屬改性，采用DRS、PL、TEM研究了復(fù)合催化劑的光吸收能力、載流子分離效率和微觀形貌;以羅丹明B和二嗪磷為降解對(duì)象，分別在可見(jiàn)光和紫外

3、光下觀察催化活性，結(jié)果表明:前驅(qū)體是甘油與Ti配位產(chǎn)生的非二氧化鈦晶型的金屬-甘油晶體。高溫煅燒使該前驅(qū)體失去結(jié)構(gòu)中的有機(jī)成分，轉(zhuǎn)變成為銳鈦礦晶相的納米帶TiO2多晶。TiO2表面Pt沉積量越大，復(fù)合催化劑的可見(jiàn)光吸收能力越強(qiáng)，但是空穴和電子復(fù)合幾率在負(fù)載量為1％時(shí)最小，此時(shí)光催化降解二嗪磷的活性最高。
　　2.以己酸為溶劑合成出了形貌規(guī)整的實(shí)心TiO2微球，探究了反應(yīng)條件對(duì)晶相和形貌的影響;采用XRD、SEM、DRS、TGA、I

4、R等技術(shù)對(duì)煅燒后催化劑的晶相、形貌大小、光吸收能力和表面成分進(jìn)行考察;在可見(jiàn)光照射下，以磺胺噻唑?yàn)榻到鈱?duì)象，考察不同煅燒溫度下得到的TiO2的光催化活性。結(jié)果表明:體系中微量水的加入和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)促使TiO2微球由TiO2(B)和銳鈦礦混相向更穩(wěn)定的銳鈦礦晶相轉(zhuǎn)變，水的增加也會(huì)破壞微球的形貌。TiO2微球經(jīng)過(guò)200℃煅燒帶寬減小至2.39 eV，250℃煅燒后帶寬達(dá)到2.61 eV，可見(jiàn)光區(qū)的吸收大大增加。紅外表征顯示未煅燒的催化劑表

5、面有微量的有機(jī)物存在，煅燒后催化劑比表面積達(dá)到141.4 m2/g，孔徑增大。XPS測(cè)試表明煅燒后生成了碳摻雜TiO2，這是使得催化劑具有很強(qiáng)可見(jiàn)光吸收，禁帶寬度減小的重要原因。250℃煅燒后催化劑對(duì)磺胺噻唑具有最佳降解活性，是P25降解磺胺噻唑速率的86.5倍。
　　3.以有機(jī)磷農(nóng)藥二嗪磷為降解對(duì)象，P25為光催化劑，采用HPLC，LC-MS技術(shù)研究了不同pH環(huán)境中二嗪磷光催化降解動(dòng)力學(xué)和中間產(chǎn)物，推測(cè)其降解路線;利用等溫微量熱

6、測(cè)量技術(shù)測(cè)定了不同pH下二嗪磷吸附過(guò)程的熱量變化，深入了解其吸附過(guò)程，結(jié)果表明:二嗪磷在近中性條件下降解最快，體系中的pH迅速下降;利用LC-MS檢測(cè)到的中間產(chǎn)物中具有多種OH—加合物;此外，二嗪磷分子中的P-O-N鍵易斷裂，P=S雙鍵也容易被進(jìn)攻形成P=O，酸性，中性，堿性條件下中間產(chǎn)物種類有差異，說(shuō)明pH的不同導(dǎo)致了二嗪磷降解路線發(fā)生了改變;P25對(duì)二嗪磷的吸附更符合Langmuir等溫吸附，中性條件下二嗪磷最容易被吸附而酸性條件下