Keggin型過渡金屬取代雜多酸鹽-TiO2納米催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、水體有毒有機物引起的環(huán)境污染問題已嚴(yán)重威脅人類的生存與健康。目前去除水體有機污染物比較好的方法是高級氧化法，因為這種方法能把有機污染物氧化降解為無毒的有機小分子和礦化為CO2和H2O，不會引起二次污染問題。在高級氧化法中，光催化氧化法因能利用太陽光能而更加優(yōu)越和理想，但關(guān)鍵是找到理想的光催化劑。在光催化劑的探索和研究中，TiO2因價格低廉、化學(xué)穩(wěn)定高和環(huán)境友好等而備受關(guān)注，引起最廣泛的研究興趣，是最有應(yīng)用前景的光催化劑。但純粹的TiO2

2、，禁帶較寬(3.2eV)，只能吸收紫外光，太陽光能的利用率較低，因為紫外光在太陽光中只占不到5％。盡管通過非金屬或金屬元素?fù)诫s以及有機染料或量子點表面修飾可以將TiO2的光吸收波長擴(kuò)展至可見光區(qū)，光能轉(zhuǎn)換效率也有明顯提高(～6—12%)，但與綠色植物光合作用的效率相比還依然很低。因此，探索和研究新穎的光催化體系仍然十分必要和有意義。
　　作為新穎的光催化體系，本文以過渡金屬取代的雜多化合物(PW11M)作為可見光活性組分、TiO2

3、為載體結(jié)構(gòu)組分，采用溶膠凝膠提拉法在玻片表面制備了PW11M/TiO2納米薄膜光催化劑，并采用UV-vis DRS、IR、Raman、TG-DTG、XRD、SEM、TEM等手段對催化劑的光吸收性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、晶相和表面結(jié)構(gòu)形貌等進(jìn)行了表征，同時以羅丹明B（RhB）、硝基苯（NB）等模型污染物的光降解為探針，評估了PW11M/TiO2的可見光催化活性，提出了光催化反應(yīng)機理，并與TiO2光催化劑的光催化反應(yīng)機理進(jìn)行了比較，同時考察

4、了焙燒溫度、PW11M劑量和溶液pH對催化劑光催化活性的影響，最后通過循環(huán)降解實驗評估了PW11M/TiO2的光催化穩(wěn)定性。
　　實驗結(jié)果表明，PW11M/TiO2膜除了紫外光之外，在可見光區(qū)也有明顯吸收，吸收波長隨取代過渡金屬M的不同而變化。膜的表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)與焙燒溫度密切相關(guān)。當(dāng)焙燒溫度為100℃時，PW11M/TiO2膜為無定形態(tài)；隨著焙燒溫度的提高，PW11M/TiO2膜由無定形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)，至500℃時膜由“米?！?/p>

5、狀的晶體組成，晶粒的大小為100～600nm。用于降解有機模型污染物，PW11M/TiO2納米薄膜顯示了明顯的可見光催化活性。例如，PW11Fe/TiO2可見光催化降解硝基苯，反應(yīng)60min，硝基苯的降解率為92%，反應(yīng)4h的TOC去除率為30%；PW11Cu/TiO2可見光催化降解RhB，反應(yīng)60min，RhB的降解率為98%，反應(yīng)4h的TOC去除率為32%；PW11Cr/TiO2可見光催化降解RhB，反應(yīng)60min，RhB的降解率為