光催化剂的制备与负载及其清除污染物的研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文光催化剂的制备与负载及其清除污染物的研究姓名：陈士夫申请学位级别：博士专业：物理化学指导教师：曹更玉20030601摘要第四，以N0。一离子及cr(VI)离子作为无机污染物的代表，研究利用Ti0。／beads光催化氧化N0：一离子及光催化还原cr(VI)离子的可行性：探讨了不同pH值条件下NO：一离子、cr(VI)离子在TiO：表面的吸附特征；研究光催化氧化NO：离子及光催化还原cr(VI)离子的机理及历程；研究反应液初始pH值、Ti0。／beads的用量、外加阴、阳离子及有机物的浓度等对N0，一离子光催化氧化及Cr(V

2、1)离子光催化还原的影响，寻求光催化氧化NO。一离子及光催化还原cr(vI)离子的最佳工艺条件，以提高光催化反应的速率。研究利用太阳光，采用TiO，／beads光催化剂，光催化降解有机磷农药及光催化氧化NO。一离子的可行性。结果表明，热处理温度及时间是影响TiO：／beads及Ti02·Si02／beads光催化剂活性最主要的因素，光催化活性存在一个最佳的加热温度范围，同时每一温度还存在～个晟佳的加热时间。TiO，／beads光催化剂的最佳热处理条件为600"C，5h，Ti02‘Si02／beads光催化剂的最佳热处理条件为650。C，5h。对于T

3、iOJbeads光催化剂，当热处理600。C，5h，锐钛矿型与金红石型之比为81：19时TiO：／beads的光催化活性最好；样品由非晶向锐钛矿型TiO，转变的温度为429"C，当锐钛矿型与金红石型TiO。以一定的比例共存时，其光催化活性较好。Ti02／beads、TiO。·Si02／beads光催化剂活性的高低与其比表面的大小无明显的对应关系，即比表面大并不意味着其光催化活性高。TiO，·SiO，／beads光催化活性不仅与热处理温度、时间有关，而且与si02的含量有关，SiO。的最佳用量为0．20(摩尔分数)：由于SiO。的掺入，不仅提高了光催

4、化剂的吸附能力，而且抑制了锐钛矿型Ti02向金红石型TiO。转变的温度，同时抑制了TiO：的颗粒变大，Si0。与TiO。之间通过Ti--O--Si键结合。光催化剂由于热处理温度及时间不同，TiO，的晶型虽均为锐钛矿型，但其光催化活性却存在较大差异，说明热处理不仅影响其比表面，而且影响Ti02表面羟基及活性位。N掺杂型光催化剂TiO：⋯N，其光激发波长范围比Ti0。拓展了20nm，大大提高了对太阳光的利用范围；耦合型光催化剂SnO：／TiO。、W0。／TiO：有效地抑制了Ti02表面电子一空穴对的复合，提高了光催化反应的量子效率；SnO。的最佳掺杂量

5、为5％，wO。的最佳掺杂量为3％。有机磷农药的光催化降解必须在紫外光、光催化剂和氧气同时存在的条件下，IT中国科学技术大学博士学位论文才能发生有效的降解，光催化降解虽终产物为CO：、H20、P043‘及其它一些矿物酸。1．0×10一m01．L1的不同种类的有机磷农药，光照140min均可被光催化降解至P0。”：有机磷农药的光催化降解率与其结构有关，相同的反应条件，光催化降解率按下列OS顺序减少，磷酸酯类()g一。一)>硫逐逐赶磷酸酯类(>#一s一)>硫逐磷S＼¨酸酯类(多P—o一)；反应液初始pH值对有机磷农药的光催化降解有明显的影响，在酸性和碱性

6、介质中有利于有机磷农药的光催化降解；反应液中加入适量的H20：、Fe”可大大加速有机磷农药的光催化降解；H20，的最佳浓度为6．OnⅡn01．L～，Fe3+离子的最佳浓度为0．Imm01．L～，光催化剂Ti02／beads的最佳用量为6．09．L～，连续光照120h，TiO。／beads的光催化活性没有明显的减弱，可以连续使用。有机磷农药的光催化降解符合准一级动力学方程。有机磷农药并不是一步被光催化降解至Pm”，而是首先降解形成中间产物，然后中间产物继续降解最后形成P04”；磷酸酯类农药的光催化降解首先发生在酸性较强的酯基上形成三甲基磷酸酯，然后三

7、甲基磷酸酯一步被光催化降解至PO。’。NO。一离子的光催化氧化只有在太阳光照、光催化剂和氧气同时存在的条件下，才能有效的被光催化氧化至N03一。酸性条件下有利于N0：一离子在Ti02／beads光催化剂表面的吸附，1．ixlO一4m01．L。的NO，一离子，太阳光照射120min，NO；离子可被完全光催化氧化。光催化剂TiOJbeads的晟佳用量为8．og．L-1，反应液初始pH值对N02一离子的光催化氧化按下列顺序减少：pH2>pH4>pHl2>pHlO>pH6>pH8；空气的最佳通入量为0．02m3．h～，反应液中加入Fe“、Pd2+等可大大提

8、高NO。一离子的光催化氧化速率；Fe3+的最佳用量为0．imm01．L～，同浓度的Fe”、Pd2+离子，Pd2+离子对N0