三維網(wǎng)狀TiO2光電催化系統(tǒng)研究及其水中高氯酸鹽的去除.pdf

1、高氯酸鹽有一定的潛在的毒性，對有機體有較大的影響，且在水體中能夠長期穩(wěn)定的存在。隨著社會的進步，高氯酸鹽在生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污染已經(jīng)不容忽視。由于ClO4-具有在常規(guī)條件下難以還原的特點，普通的物化法和生物法雖然能夠進行簡單的處理，但是都有各自不同的缺點，不利于推廣使用。近年來，TiO2作為一種新型的清潔催化劑受到人們的關(guān)注，其優(yōu)秀的光響應(yīng)性能使得光電催化去除水中的ClO4-成為目前最切實可行的處理手段。本文以納米TiO2催化劑的特性為研

2、究對象，建立了三維網(wǎng)狀TiO2光電催化系統(tǒng)并用其去除ClO4-的方法。
　　本文針對催化劑的制備進行了研究，并對光電催化去除的反應(yīng)體系進行構(gòu)建。通過優(yōu)化正交實驗條件，在NH4F/乙二醇體系的有機電解液中，外加60 V電壓陽極氧化處理40 min，后置于馬弗爐中在550℃下煅燒處理2 h得到雙層納米TiO2催化劑（上層薄膜，下層納米管）。使用10 mmol/L AgNO3的前驅(qū)液進行光催化還原負載Ag并在500℃下高溫煅燒2 h制備

3、而成。制得的改性催化劑經(jīng)過多次重復(fù)實驗證明具有穩(wěn)定高效的催化活性。
　　本文通過雙通量模型的體積能量吸收速率公式為依據(jù)，制作出一定空間結(jié)構(gòu)的立體鈦網(wǎng)納米TiO2催化劑并設(shè)計相關(guān)反應(yīng)器。認為催化去除效果的規(guī)律與光生電壓的規(guī)律基本一致，當(dāng)載有催化劑的鈦網(wǎng)在一定的空間構(gòu)型上疊成三層的時候，光生電壓最大，并且催化能力也最強。
　　本文以多項因素對光電催化還原ClO4-的影響進行考察，認為在較低的初始濃度和較低的初始pH利于催化還原反

4、應(yīng)的經(jīng)行，反應(yīng)速率符合三級動力學(xué)方程；隨著載有催化劑的鈦網(wǎng)層數(shù)的增加或者面積的增大，能夠提高光利用率，增加催化劑活性點位；隨著外加偏壓值的增大，ClO4-的去除率逐漸增大，并有一最佳值。最終得到在使用初始濃度為10-6mol/L的高氯酸鈉、0.15 mmol/L的檸檬酸為反應(yīng)液，并調(diào)節(jié)初始pH值為3.6左右，以負載Ag的納米TiO2催化劑為光電催化電極，并在外加電壓的值為1.5 V的條件下催化去除反應(yīng)6 h，得到ClO4-的去除率達到6

5、0％以上。
　　本文針對光與電的作用對催化還原ClO4-機理進行討論，認為電助光催化還原的效果并不是光催化還原和電催化還原的簡單加和，在外加電壓的作用下，本體系對 ClO4-的催化去除效率和速率有了近1倍的提升。這為電助光催化還原水中ClO4-提供了一種切實可行的方案。結(jié)合循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗圖譜法和Mott-Schottky公式，確定了在電助光催化還原高氯酸鹽的反應(yīng)體系中，起主導(dǎo)作用的是光催化還原反應(yīng)，而外加電壓僅僅在適當(dāng)值范