TiO2表面活性位調(diào)控及其對(duì)氣相甲苯吸附和光催化降解的影響.pdf

1、近年來，空氣污染日趨嚴(yán)重，所帶來的危害也日益顯現(xiàn)。空氣污染物中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)具有毒性和刺激性，嚴(yán)重危害人體健康。尋找、開發(fā)合適的技術(shù)對(duì)VOCs進(jìn)行治理受到人們高度關(guān)注。光催化降解VOCs由于具有反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的空氣凈化技術(shù)之一。本論文從探討光催化降解VOCs的反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化光催化劑的光催化活性這兩個(gè)科學(xué)問題出發(fā)，以氣相甲苯為研究對(duì)象，銳鈦礦TiO2為基礎(chǔ)光催化劑，利用原位漫反射傅里葉變

2、換紅外光譜(DRIFTS)技術(shù)，對(duì)甲苯在TiO2上的吸附、酸/堿氣氛修飾對(duì)TiO2吸附和光催化性能的影響等進(jìn)行了研究。論文分為四個(gè)部分（四章）:
　　第一章是緒論，主要介紹了相關(guān)背景知識(shí)及國內(nèi)外相關(guān)工作的研究進(jìn)展。首先，介紹了VOCs的來源及危害，以及一些常見的治理VOCs污染的方法;其次，從光催化原理、光催化的應(yīng)用和TiO2光催化三方面對(duì)光催化技術(shù)進(jìn)行了概述;再次，綜述了光催化降解VOCs的研究進(jìn)展以及原位紅外光譜在光催化降解甲

3、苯上的應(yīng)用;最后，給出了本論文的研究?jī)?nèi)容及意義。
　　第二章是TiO2光催化降解甲苯的原位遠(yuǎn)紅外光譜研究。在本章工作中我們搭建了原位紅外光譜研究裝置，并利用該裝置對(duì)甲苯在TiO2表面的吸附及光催化降解過程進(jìn)行了研究。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，對(duì)甲苯在TiO2表面吸附的遠(yuǎn)紅外特征峰進(jìn)行了判定，發(fā)現(xiàn)甲苯是以鄰位、間位、對(duì)位這三種可能的構(gòu)型通過OH…π弱鍵吸附在TiO2表面的羥基基團(tuán)上，而非本位吸附。羥基基團(tuán)是TiO2表面最主要的活性吸附

4、位。在甲苯的光催化降解過程中，由于芳環(huán)的共軛及電荷轉(zhuǎn)移的作用，甲基最先被消耗。我們根據(jù)這些結(jié)果提出了甲苯的光催化降解的反應(yīng)路徑。
　　第三章是酸/堿氣氛修飾對(duì)TiO2光催化降解甲苯的作用機(jī)理研究。使用鈦酸四丁酯作為前驅(qū)體，利用溶膠凝膠法制備了TiO2，并分別用H2S和NH3對(duì)TiO2進(jìn)行氣氛處理獲得了酸/堿氣氛修飾的TiO2。利用XRD、BET、UV-vis DRS、XPS等測(cè)試手段對(duì)所制備的光催化劑進(jìn)行了物性表征，利用搭建的氣相

5、光催化的原位DRIFTS研究裝置和光催化活性評(píng)價(jià)裝置，對(duì)氣相甲苯在H2S/NH3修飾的TiO2表面的吸附及降解過程進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)吸附在TiO2表面的H2S分子解離產(chǎn)生的SH基團(tuán)是甲苯的活性吸附位之一，甲苯可通過SH…π弱鍵吸附在SH基團(tuán)上，并且相對(duì)于OH基團(tuán)，甲苯更易于吸附在SH基團(tuán)上，因此H2S修飾增強(qiáng)了TiO2吸附甲苯的能力。在甲苯降解的初始階段，表面SO42-可以保護(hù)表面羥基且易于捕獲光生電子，降低了光生電子和空穴的復(fù)合幾率，因

6、而表現(xiàn)出較高的降解甲苯的速率。但是H2S修飾的TiO2在光照下產(chǎn)生的O2-·自由基較少，導(dǎo)致了甲苯光催化降解過程中生成的中間產(chǎn)物只有小部分被進(jìn)一步氧化，大多則累積在光催化劑表面;并且S氧化生成的過多的SO42-不利于光催化劑表面的再羥基化，因而最終的光催化活性不高。而NH3修飾的TiO2表面的NH3由于大量水分子的存在而不易發(fā)生解離，只能以分子形式吸附在Ti4+或表面羥基上，其空間位阻效應(yīng)阻礙了甲苯的吸附，因而NH3修飾的TiO2吸附甲