鈦硅復(fù)合氧化物的制備及其在微污染水中的應(yīng)用研究.pdf

1、有機(jī)微污染物日益嚴(yán)重的水源水已經(jīng)給飲用水處理帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。微污染原水經(jīng)過常規(guī)凈水工藝處理后無法保證供水水質(zhì)的安全性，需要在先前工藝的基礎(chǔ)上增加深度處理工藝。近年來，TiO2因能使有機(jī)物徹底礦化，具有良好的殺菌和抑制病毒活性的作用等在環(huán)境治理和能源開發(fā)方面得到了普遍的關(guān)注。然而，因n02在光照時(shí)產(chǎn)生的e-h+對(duì)容易復(fù)合，而且禁帶寬度較大不能充分利用太陽光，使其實(shí)際應(yīng)用受到了很大限制。因此，對(duì)TiO2進(jìn)行改性以提高光催化活性成為研究的熱

2、點(diǎn)。
　　 本文采用兩步溶膠凝膠法制各了SiO2/TiO2，通過對(duì)水中微污染有機(jī)物的降解選擇出高活性的SiO2/TiO2光催化劑，并進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行修飾改性以獲得更加高效的光催化劑。采用XRD、TG-DTA、FT-IR、UV-vis、：XPS及TEM等測(cè)試手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。在本實(shí)驗(yàn)中主要研究的內(nèi)容如下：
　　 (1)以正硅酸乙酯和鐵酸四丁酯為硅源和鈦源，無水乙醇為溶劑，乙酰丙酮為

3、抑制劑，鹽酸為催化劑(正硅酸乙酯水解時(shí))制各了SiO2/TiO2。
　　 以水中微污染腐殖酸(HA)的降解效果確定了SiO2/TiO2的最佳制各條件，并對(duì)其進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在相同焙燒溫度下，硅的引入刮抑制TiO2晶相的轉(zhuǎn)變及催化劑晶粒的增大。當(dāng)硅摻雜濃度為10％時(shí)SiO2/Ti02的最佳焙燒溫度為800℃。
　　 (2)硅摻雜濃度的_人小決定著SiO2/TiO2焙燒溫度的高低。水用量對(duì)催化劑的光催化活性影響較人。在

4、此基礎(chǔ)上于600℃下制備了硅摻雜濃度為5％的SiO2,/Ti02，將其運(yùn)用于水中微量甲基橙的降解中。經(jīng)刻蝕前后的XPS表征分析可知，Si原子在熱處理過程中向粉體顆粒的表面擴(kuò)散，導(dǎo)致TiO2外表面出現(xiàn)Ti4+而在近表面產(chǎn)生Ti3+抖及氧空位。Ti3+和氧空位缺陷的聯(lián)合作用、Ti3+與Ti3+十的其同存在能有效分離電荷是導(dǎo)致SiO2/TiO2活性較高的關(guān)鍵原因。
　　 (3)采用熱沉積法制各了負(fù)載型TS2.5-550薄膜，研究了其對(duì)

5、水中微污染HA的降解及E．Coil的滅活效果。結(jié)果表明，該薄膜在光催化過程中對(duì)HA的降解速率要快于對(duì)Ecoli的滅活速率。其機(jī)理為：薄膜在紫外線照射下產(chǎn)生了氧化還原能力較高的e和h+。而e-和h+分別與溶解于水中的氧氣和水反應(yīng)。E成了許多活性物利一如·O2和·OH等，這些活性物種使水中的HA氧化成無毒的物質(zhì)，如C02和H2O，并能破壞Bcoil細(xì)胞致其死亡。
　　 (4)采用兩步溶膠凝膠法制各，Gd3+摻雜SiO2/TiO2光催

6、化材料，以水中微污染HA(pH=6.5)的降解及礦化研究了其光催化活性。結(jié)果表明，Gd—SiO2/TiO2光催化劑在150min盯內(nèi)可使水中HA徹底降解，并能使HA的礦化率達(dá)97％，比同等條件下TiO2的礦化率增加了：38％，比SiO2/TiO2的礦化率增加了30％。可能的原因?yàn)椋?)Gd3+的摻雜可有效抑制TiO2從銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變和晶粒的增長。同等條件下，Gd—SiO2/'TiO2、SiO2n/TiO2及。TiO2的平均晶粒

7、分別為25.5nm、35.2nm和37.8nm；2)Gds3+的摻雜不僅使催化劑在波長200-800nm內(nèi)對(duì)光的吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，而且使催化劑的吸收帶邊發(fā)生藍(lán)移，即帶隙能寬化。同等條件下，TiO2、SiO2/TiO2及Gd-SiO2/TiO2的禁帶寬度分別為2.57eV、2.62eV和2.69eV；3)Gd3+的摻雜使Gd—SiO2/TiO2催化劑的發(fā)面缺陷Ti3+和品格氧的數(shù)量增多。這些都將有利于提高催化劑的光催化活性。
　　 (