金屬離子摻雜二氧化鈦光催化苯酚類化合物降解的研究.pdf

1、工業(yè)廢水含有有機(jī)污染物一直是世界范圍內(nèi)一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題。該類研究
　　主要目的是開發(fā)出一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄒ跃S持水資源供給。在幾種水質(zhì)凈化方法中，半導(dǎo)體光催化對(duì)一些有害物質(zhì)的降解是一種效果很好的技術(shù)，它可以降解一些有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，而這些物質(zhì)不能被其他凈化方法去除。本論文對(duì)光催化降解酚類化合物做系統(tǒng)的研究。
　　最初，苯酚被選為光催化降解有機(jī)模型污染物，在水溶液中以二氧化鈦
　?。═iO2）催化劑在紫外光照射下，研究了一些

2、操作參數(shù)對(duì)光催化降解苯酚的影響，如pH值、催化劑濃度、苯酚濃度、陰離子、金屬離子、電子受體、表面活性劑和紫外燈的強(qiáng)度。通過(guò)紫外可見光譜下苯酚濃度隨照射時(shí)間的變化計(jì)算出降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。得出苯酚降解動(dòng)力學(xué)遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明苯酚的光催化降解與操作參數(shù)有很明顯的相關(guān)性。并對(duì)在降解過(guò)程中可能作為添加劑的物質(zhì)的影響進(jìn)行了討論。本研究對(duì)TiO2（銳鈦礦型）和TiO2-P25等光催化劑對(duì)苯酚降解的影響的進(jìn)行了比較。TiO2-P25由于其較小的

3、晶粒尺寸比TiO2（銳鈦礦型）反應(yīng)活性更強(qiáng)。降解過(guò)程隨紫外燈安放位置對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響也被考察和討論.
　　在紫外光照射下，以TiO2-P25為催化劑，分別研究了含氧水溶液中的苯
　　酚、4-氯苯酚和4-硝基苯酚這三種酚類化合物光催化降解。酚類化合物降解的動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果符合表觀一級(jí)反應(yīng)。在最適pH值和TiO2濃度下考察了溫度影響。在25-45℃的范圍內(nèi)提高溫度可以在一定程度上加快降解，通過(guò)計(jì)算表觀活化能是9.68-21.44k

4、J·mol-1。降解過(guò)程中熱力學(xué)的活化參數(shù)也進(jìn)行了評(píng)價(jià)。酸性物種的形成導(dǎo)致溶液pH值的下降。通過(guò)紫外-可見光譜分析得出降解過(guò)程中主要中間產(chǎn)物（如對(duì)苯二酚、苯醌和兒茶酚）的出現(xiàn)和演變。另外，還研究了水懸浮液在紫外光照射下光催化降解酚類化合物過(guò)程中，不同添加材料（如活性炭、 ZSM-5和二氧化硅）與二氧化鈦?zhàn)匀换旌虾蠓磻?yīng)規(guī)律。在120min的光催化過(guò)程中，TiO2與支撐材料復(fù)合后對(duì)酚類化合物的降解效率要優(yōu)于單獨(dú)使用TiO2。使用便宜的稻殼，

5、降解也得到適度的提高，接近于活性炭。
　　用溶膠凝膠法制備Fe3+摻雜的和未摻雜的TiO2納米顆粒。用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線色散能量光譜（EDX）和紫外可見光譜漫反射光譜（DRS）來(lái)表征納米顆粒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)e3+摻雜TiO2納米顆粒具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由8-11nm的顆粒組成。紫外光照射下，對(duì)水分散體中的納米顆粒在苯酚的光催化降解進(jìn)行了研究。在本研究中，F(xiàn)e3+摻雜TiO2最有優(yōu)的效率出

6、現(xiàn)在0.5mol％。評(píng)估煅燒溫度對(duì)0.5mol%Fe3+摻雜 TiO2結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性能影響。催化活性隨焙燒溫度的升高而增加，最高的效率出現(xiàn)在450℃；超過(guò)450℃，光催化活性降低，在750℃是由于成為金紅石結(jié)構(gòu)光催化活性接近于零。試驗(yàn)將苯酚的降解與苯酚十二烷基硫酸鈉膠態(tài)離子和水的分配系數(shù)相聯(lián)系，并作為照射時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行討論。
　　制備和考察Fe3+/M金屬摻雜TiO2納米顆粒（其中M是Ba2+、Co2+和La3+）。催化劑在450℃