改性TiO2可見光催化劑的制備及其光催化性能研究.pdf

1、光催化氧化是一種綠色高效的高級氧化技術(shù),具有分解水制氫、光催化合成和光降解有機(jī)污染物等作用,在解決溫室效應(yīng)、能源問題和環(huán)境問題方面有重要的應(yīng)用前景。TiO2因其具有活性高、穩(wěn)定性好、安全無毒等優(yōu)點(diǎn)而被作為一種常用的光催化劑。但是TiO2對光的吸收僅限于紫外光區(qū)(Eg=3.2eV),對于可見光或太陽光的吸收利用率很低,提高光能利用效率的關(guān)鍵在于突破催化劑的禁帶寬度,使其響應(yīng)光譜向可見光擴(kuò)展。對TiO2的光敏化是延伸其激發(fā)波長的一個(gè)重要手段

2、。
　　本論文針對拓展催化劑的可見光吸收性能,利用工業(yè)有機(jī)顏料和石墨烯(GE)對TiO2進(jìn)行了改性并對改性后的催化劑的可見光催化性能進(jìn)行了研究。另外,本文還對苯酚選擇性氧化和羥基化的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了探討。論文主要由以下三部分內(nèi)容:
　　(1)工業(yè)有機(jī)顏料敏化改性TiO2復(fù)合催化劑降解有機(jī)污染物研究
　　通過溶劑熱法制備了具有可見光響應(yīng)的BYH3G/TiO2復(fù)合催化劑。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅

3、立葉變換紅外光譜(FT-IR)、紫外可見漫反射光譜(UV-visDRS)、N2吸附-脫附(BET和BJH)等測試手段對所制備的催化劑進(jìn)行了表征。分別以羅丹明B(RB)、酸性鉻藍(lán)K(ACBK)、甲基橙(MO)等為目標(biāo)降解物,研究了催化劑在可見光下對有機(jī)污染物的光催化降解性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,顏料的復(fù)合有效的拓展了催化劑的可見光吸收性能。在可見光照射下,RB、ACBK、MO的降解率分別為93.5％,94.6%和89.2%,而同樣的實(shí)驗(yàn)條件下,

4、三種目標(biāo)降解物的降解率分別為24.8%,34.8%和9.4%;催化劑反復(fù)使用四次催化活性沒有明顯降低,證明復(fù)合光催化劑具有很好的穩(wěn)定性。還分別用顏料紅254、顏料紅151、顏料紅179、酞菁綠G、顏料紅122對TiO2進(jìn)行敏化改性,在降解MO和RB試驗(yàn)中都表現(xiàn)了比純TiO2更好的可見光降解效率。探討了制備的光催化劑對有機(jī)污染物的降解機(jī)理。
　　(2)石墨烯/TiO2復(fù)合催化劑的制備及其降解有機(jī)污染物性能研究
　　以商業(yè)P25

5、粉(TiO2)和氧化石墨為前驅(qū)物,先后在180℃水熱和450℃高溫下,制得了GE/TiO2復(fù)合催化劑。利用XRD、SEM、FT-IR、UV-visDRS等測試手段對所制備的催化劑進(jìn)行了表征。
　　從吸附能力上,GE/TiO2對RB、MB和MO比改性前的純TiO2都有所提高,在可見光下,純TiO2對RB和MB具有一定的降解效果,但是對MO溶液效果卻很弱,GE/TiO2的可見光催化性能相對于純TiO2有了較大提高。而在紫外光照射下降解

6、速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可見光,在紫外光照射下,光照70min后MO的降解率達(dá)到95.6%,60min后RB的降解率達(dá)到99.1%,70min后MB的降解率達(dá)到99.4%。探討了GE/TiO2復(fù)合催化劑對有機(jī)污染物的降解機(jī)理。
　　(3)苯酚光催化氧化羥基化制備鄰苯二酚(CAL)和對苯二酚(HQE)
　　分別以純TiO2、GE/TiO2和BYH3G/TiO2為催化劑對苯酚進(jìn)行光催化羥基化反應(yīng)。在可見光照射下僅以BYH3G/TiO2為催化

7、劑時(shí)檢測到少量的CAL和HQE的生成。在紫外光照射下,GE/TiO2和BYH3G/TiO2均顯示出較好的光催化活性和較高羥基化選擇性。實(shí)驗(yàn)考察了催化劑用量、光照時(shí)間和H2O2用量對苯酚光催化羥基化反應(yīng)的影響。以TiO2為催化劑時(shí),苯酚最高轉(zhuǎn)化率為66.9%,CAL和HQE的收率分別為12.6%和4.6%,反應(yīng)選擇性為25.7%;以GE/TiO2為催化劑時(shí),苯酚的最高轉(zhuǎn)化率為92.1%,CAL和HQE收率分別為19.8%和11.2%,反應(yīng)