天津大学反应动力学研究方法课题报告

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1、反应动力学研究方法课题报告二氧化钛光催化降解甲醛反应动力学研究自1972年Fujishima和Honda发现TiO2单晶电极具有光分解水的功能以后，半导体多相光催化反应引起人们的浓厚兴趣。以半导体粉末为催化剂的光催化氧化污染物处理技术，由于具有能耗低，操作简单，反应条件温和以及无二次污染等优点，成为近年来tl益受重视的污染治理新技术。国内外研宄丁.作者已经在这方面进行了一些丁.作，如Raupp，Takeda和Sopyan等人分别对三氯乙烯体系、丙醛物系和醋酸体系进行丫研宄，PeilWailoffmarm研宄了氯酚的光催化降解机理，Dijkst

2、ra等人则从多相反应器的角度对光催化反应过程进行了研宄。不同研宄者的试验体系不同，所得结果也不尽相同。因此，我参考文献资料，总结研宂丫TiO/薄膜催化降解甲醛的反应动力学。一预期0标以钛酸丁酯为前驱体，应用溶胶一凝胶法制备TiO2粉体和负载TiO2薄膜，考察不同活化温度和活化时间对Ti02光催化降解甲醛性能的影响，并研宄Ti02薄膜光催化降解甲醛的反应动力学。二前期准备试剂准备：钛酸丁酯，化学纯；甲醛，分析纯；无水乙醇，分析纯;去离子水;冰醋酸，分析纯；乙酰丙酮，分析纯；浓盐酸，分析纯。三动力学实验装」DZF26050型真空干燥箱，；SRJX

3、型马弗炉；直插式酸度计，莱氏PHC22型;JB902D型强力电动搅拌机；UNICAM紫外分光光度计。四实验内容实验一纳米H02粉体及薄膜的制备实验采用溶胶一凝胶法制备TiO2粉体。以钛酸丁酯为前驱体，先将钛酸丁酯溶解在2/3总量的无水乙醇中，加入冰醋酸，使之与钛酸丁酯反应形成螯合物，并与溶剂形成稳定的溶胶体系。将剩余的1/3无水乙醇与去离子水混合，调节混合液pll至2.0左右后,缓慢滴加混合液到钛酸丁酯溶胶屮，滴加完毕将溶胶静置一段时间，溶胶体系逐渐失去流动性成为凝胶。在6CTC条件下对湿凝胶进行真空干燥，得到黄色TiO2晶体,研磨干燥后的晶

4、体，用马弗炉活化TiO2，除去凝胶中的有机成分，最终得到白色的Ti02粉体。将Ti02粉体在去离子水中超声分散20min，然后将经过酸碱预处理的培养皿表面浸入分散液，缓慢提拉出培养皿，在6CTC下真空干燥2h，用大流量自来水冲去负载不牢固的粉体，然后用去离子水浸泡2h，便制得显中性的TiO2薄膜。实验二光催化降解实验本实验以常见的室内外空气污染物甲醛为实验对象，用分析纯甲醛溶液配制成光催化实验范围内的稀溶液（10〜50ug/niL）作为实验样品。将一组负载样品的TiO/薄膜放置于有UV（紫外光）辐照的反应箱体中，打幵UV灯进行光照。降解反应期

5、间每隔30min取一次样，用乙酰丙酮紫外分光光度法测量甲醛浓度，计算其降解率。自制光催化反应系统见图1。图1光催化反应系统1.负载TiO2薄膜培养皿；2.紫外灯管；3.反应暗箱；4.排气扇五实验分析1光催化剂制备条件的选择1.1活化温度的影响溶胶一凝胶法制备纳米1^02粉体的过程中需要对其进行高温活化，活化温度和时间对Ti02的晶型结构起着十分重要的作用。在室温，溶胶体系pH为2，溶胶配方:钛酸丁酯5mL，无水乙醇34mL,水2mL,冰醋酸2mL,以及不同活化温度400〜750°C下制得以02粉体及薄膜样品，考察活化温度对催化剂光活性的影响。

6、中醛溶液初始质量浓度为17.303^^/此，則照射仙。实验结果见图2。活化温度，•*C图2活化温度对降解率的影响由图2可见，甲醛的降解率随着活化温度的升高而降低，这是因为Ti02的晶型由锐钛矿型向金红石型转变，而金红石型Ti02光催化活性极低，所以当金红石型Ti02在晶相组成中比例增大时，催化剂的光催化活性随着温度的升高逐渐降低。同时考虑到在活化温度较低时，由丁粉体制备过程中引入的有机物不能完全分解,部分有机基团与二氧化钛微粒形成Ti一0—C聚合物，降低了整体的催化活性。所以为了得到较高光催化活性的催化剂,活性温度选取450°C。1.2活化时

7、间的影响甲醛溶液初始质量浓度为20.34ug/mL,活化温度为45（TC，其他试验条件同1.1中所述，考察不同活化吋间（1〜10h）对甲醛光催化降解的影响，实验结果见图3。0246810活化时间/h图3活化时间对降解率的影响由图3可见，活化时间为5h时光催化剂对甲醛的降解率最高。因为活化吋间较短时，体系中的部分有机基团没有完全排除，整体光催化活性不是最高;而随着活化时间的增长，这些有机基团分解完全，甲醛降解率升高。当活化时间超过5h，金红石型Ti02在晶相组成中的比例增加，催化活性反而降低。在活化5h吋，金红石型Ti02和锐钦矿型Ti02的比

8、例最佳，此时Ti02表现出最高的光催化活性。因此，木实验的较适宜活化时间为5h。2反应物浓度对光催化反应的影响采用1.1节所述的溶胶配方,在450°C条件下活化5h