光催化污染物降解耦合光解水制氫.pdf

1、利用太陽能光催化分解水制氫是21世紀(jì)人類從根本上解決能源問題的有效途徑之一。大多數(shù)的光催化劑需要加入電子給體來抑制光生電子和空穴的復(fù)合以及氫和氧的逆反應(yīng)，從而獲得產(chǎn)氫。利用水中的污染物作為電子給體進(jìn)行光催化分解水制氫，則有機(jī)廢物被氧化為二氧化碳的同時水被還原產(chǎn)生氫，既節(jié)省制氫成本，又去除污染。 本文以TiO2(P25)和Bi0.5Y0.5VO4為光催化劑，并用氯鉑酸(H2PtCl6)溶液對催化劑P25和Bi0.5Y0.5VO4進(jìn)

2、行原位Pt負(fù)載。選用常見工業(yè)污染物三乙胺，乙醚和醇為目標(biāo)污染物。以水中污染物作為制氫犧牲劑的光催化實驗中，先用加入催化劑前后的溶液光照產(chǎn)氫率對比，和溶液與純水光催化產(chǎn)氫率的對比實驗，證明水中有機(jī)污染物起到的犧牲劑作用。并詳細(xì)研究了污染物降解耦合光解水制氫過程 研究結(jié)果表明：0.1mol/L的三乙胺和乙醚溶液中，TiO2的產(chǎn)氫效率大幅提高。隨著反應(yīng)時間推移，該反應(yīng)過程的產(chǎn)氫率逐漸減小，但反應(yīng)12個小時后的產(chǎn)氫量穩(wěn)定在一定值，此時仍

3、是純水條件下的產(chǎn)氫量的2倍多。分別以0.1mol/L、0.06mol/L、0.02mol/L不同初始濃度的三乙胺和乙醚反應(yīng)溶液進(jìn)行實驗，考察反應(yīng)速率受溶液濃度的影響程度，光催化反應(yīng)產(chǎn)氫量隨著犧牲劑的濃度減小而減小。檢測了光催化反應(yīng)過程中pH的變化規(guī)律，用HCl溶液降低堿性的三乙胺溶液的pH值和用NaOH溶液升高酸性乙醚溶液的pH值，都一定程度的增加了光催化反應(yīng)速率和氫氣產(chǎn)生率。用拉曼光譜對三乙胺和乙醚溶液的最后降解產(chǎn)物進(jìn)行了表征。并用分

4、光光度計對反應(yīng)過程中的乙醚剩余濃度變化進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)乙醚的降解過程表觀上符合Langmuir-Hinshelwood關(guān)系式。并初步探討了三乙胺溶液和乙醚溶液在光催化反應(yīng)過程中的反應(yīng)步驟和機(jī)理。 以水中污染物甲醇和乙醇作為犧牲劑的光催化實驗中，用氣相色譜檢測產(chǎn)氫結(jié)果，甲醇和乙醇都明顯起到了犧牲劑的作用，而且甲醇作為犧牲劑的產(chǎn)氫率高于乙醇作為犧牲劑的光催化反應(yīng)產(chǎn)氫率。研究了溶液濃度對反應(yīng)速率的影響。當(dāng)采用可以響應(yīng)可見光的催化劑Bi0

5、.5Y0.5VO4進(jìn)行光催化實驗時，在可見光波長光源照射下，污染物甲醇加入仍可起到產(chǎn)氫犧牲劑的作用。給出了醇在光催化反應(yīng)中被降解的過程和機(jī)理，并探討了光催化反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣是來源于醇中的氫還是水中的氫原子。 以上分析表明在一定的實驗條件下，三乙胺、乙醚和醇類都是光解水制氫反應(yīng)良好的電子給體，它們的加入提高了光催化劑Pt/TiO2和Bi0.5Y0.5VO4電子—空穴對的分離效率，使光催化分解水的產(chǎn)氫效率大幅提高的同時，反應(yīng)中光催化