碳、氮及硫共摻雜TiO-,2-光催化劑制備及應(yīng)用研究.pdf

1、甲醛是最常見及危害性最大的一種室內(nèi)揮發(fā)性有機污染物之一，長期接觸會引起慢性呼吸道疾病、癌癥及細胞核的基因突變等，因此，消除室內(nèi)甲醛污染新技術(shù)的開發(fā)研究引起了國際廣泛重視。TiO2光催化氧化是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ挠袡C污染物凈化技術(shù)，然而由于TiO2僅對紫外光有較強響應(yīng)，可見光不能激發(fā)其光催化活性，從而限制了其在室內(nèi)有機污染物凈化中的應(yīng)用。TiO2的摻雜改性是提高其可見光催化活性的重要手段之一。 本文利用反相微乳液法制備了具有可見光催

2、化活性的C、N及S共摻雜Ti02光催化劑。并通過元素分析、粉末X-射線衍射分析(XRD)、X-射線光電子能譜分析(XPS)等分析方法探討了C、N及S共摻雜作用。通過紫外-可見光漫反射分析(UV-DRS)及C、N、S共摻雜TiO2光催化劑對甲醛的可見光催化降解催化反應(yīng)來評價光催化劑的性能。首先，以TiCl4與NH3H2O為原料，在Triton X-100/正戊醇/環(huán)己烷/水所形成的反相微乳液體系中制備TiO2，考察水與表面活性劑的摩爾比(

3、ω)、TiCl4濃度、pH值及煅燒溫度對制備TiO2形貌、結(jié)構(gòu)及其紫外-可見光吸收響應(yīng)波長范圍的影響。結(jié)果表明：控制pH=4及TiCl4濃度在一定范圍內(nèi)，制各出具有特殊形貌的空心TiO2粒子，殼的厚度也可以通過精確控制反應(yīng)物的濃度來調(diào)節(jié)；XRD結(jié)果表明500℃、600℃煅燒后的TiO2粒子為銳鈦礦型，700℃煅燒后，部分銳鈦礦逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石，銳鈦礦型TiO2粒子粒徑在8.14～15.4nm之間；漫反射結(jié)果表明，500℃煅燒后的未摻雜T

4、iO2光催化劑在紫外-可見光區(qū)的吸收強度均強于傳統(tǒng)的P25光催化劑。在上述研究結(jié)果基礎(chǔ)上，以間氨基苯磺酸(ABS)、TiCl4及NH3H2O為原料，在反相微乳液體系內(nèi)制備了磺化聚苯胺(SPAN)/TiO2原位混雜材料。考察了煅燒溫度、時間及摻雜量等制備條件對C、N及S共摻雜改性TiO2光催化劑結(jié)構(gòu)及可見光活性的影響。結(jié)果表明：采用高聚物SPAN可實現(xiàn)TiO2的共摻雜改性，C、N元素分別以置換TiO2晶格中的O元素及填隙在TiO2晶格間隙

5、中兩種形式對TiO2光催化劑進行了很好的摻雜改性，而S元素是以S4+形式取代Ti4+嵌入TiO2晶格間隙中；UV-Vis吸收光譜分析表明，該催化劑光響應(yīng)波長范圍擴大，在紫外-可見光區(qū)均產(chǎn)生較強吸收，紫外吸收峰紅移，其中，光催化劑TiO2-500-3-0.05的摻雜改性效果最佳。自行設(shè)計了光催化反應(yīng)裝置，模擬室內(nèi)甲醛的污染。使用該反應(yīng)裝置，以光催化劑TiO2-500-3-0.05作為對比，分別考察了光催化劑煅燒溫度、時間、摻雜量和光照強度

6、四個因素對光催化降解甲醛氣體的凈化效率的影響；同時對光催化降解甲醛氣體進行了反應(yīng)動力學(xué)的研究。結(jié)果表明：隨著煅燒溫度的升高，甲醛凈化效率降低；煅燒3h，光催化劑的凈化效率最高；當(dāng)添加劑ABS量為0.05g時，凈化效率最高；隨著光照強度的增加，凈化效率也在不斷提高；當(dāng)甲醛初始濃度在0.71-14.2mg/m3時，甲醛初始濃度越低，光催化劑的凈化效率越高，幾乎可以完全降解甲醛，當(dāng)甲醛初始濃度為14.2mg/m3時，其降解率最高能達到66％；