空气中微量有机物的光催化降解的研究

摘要

随着工业的发展，环境问题日益恶化。光催化氧化技术是近30年发展起来的一种高级氧化技术。该技术在室温下几乎可以无选择性的氧化水环境和大气环境中的有机污染物，在新能源开发和环境保护领域有着巨大的应用前景。作为新一代的环境净化材料，二氧化钛具有催化活性高、无毒、廉价等优点。但是TiO2作为光催化剂要实现产业化仍存在一些问题，特别是TiO2 光催化剂的光催化效率还有待提高，这引起了物理、化学和材料等领域的科研人员的关注和持续不断的研究。 本文选取硫酸钛沸腾回流水解法制备二氧化钛粉体光催化剂。以苯为模拟污染物，自行设计气—固相光催化反应装置，通过光催化试验对所制得的二氧化钛的光催化性能进行检验。 设计正交试验制备二氧化钛样品，通过光催化试验分别测定它们对苯的降解性能，经过数据处理得出沸腾回流法制备二氧化钛的最侍制备条件，试验结果表明在最优条件下制得的样品对苯的降解率能达到85％。 考察了二氧化钛光催化剂在持续使用条件下其光催化活性的变化情况，结果表明随着使用次数的增加，催化剂的催化活性逐渐减弱，如试验十次，二氧化钛对苯的降解率从最初的85％下降到60％。如果在每次试验后对二氧化钛进行活性恢复处理，则反应十次后其降解率能稳定维持在80％左右，这表明去除附着在催化剂表面的杂质后，二氧化钛的表面活性位新暴露出来，增大了催化剂与苯的有效接触面积，从而使催化剂的光催化活性得到恢复。 考察了催化剂载体对二氧化钛光催化活性的影响。选取了四种物质作为催化剂载体制备复合型光催化剂，光催化试验结果表明，二氧化钛的催化活性与载体的吸附性能密切相关。考察了在兴催化反应中紫外光照强度的变化对催化降角效果的影响。分别在功率为28W、56W的紫外光照条件下进行光催化把反应，试验结果表明，二氧化钛的催化活性随紫外光照强度的增加而增加。 对二氧化钛光催化降解苯反应的动力学分析后得知此为一给反庆，反应速率与苯在催化剂表面的浓度成正比，吸附性能好的载体可以有效的将苯分子吸附到TiO2 分子表面，增大茜在催化剂表面的浓度氛围，使吸附与催化氧化协同作用，从面提高光催化效率，理论与试验得到了很好的印证。