TiO/累托石复合材料制备及光降解酸性红B染料废水研究

摘要

1972年,藤岛昭和本多健—在n-型半导体TiO<,2>电极上发现了水的光电催化分解作用,以此为契机,开始了多相光催化研究的新纪元.半导体光催化氧化技术是一种新型的现代水处理技术,由于它能广泛地利用天然能源——太阳能,且对多种有机物有明显的降解效果,具有广阔的应用前景.但是以TiO<,2>为典型代表的光催化剂在传统方法上的应用存在着量子效率低以及回收困难等缺点而限制其工业化的推广应用,因此国内外学者积极展开了对这方面的系统研究,其中包括TiO<,2>催化剂的表面修饰、固载、重金属沉积、复合半导体、掺杂稀土元素等技术.该课题旨在开展对二氧化钛与累托石的复合条件以及光催化降解酸性红B的研究,探索其最佳制备工艺条件及降解有机物的一般规律,以期进一步充实光催化剂的负载技术以及有机污水治理方面的研究,为光催化剂的工业化推广运用补充血液.该课题主要用累托石矿物和四氯化钛等作为原料,制备了二氧化钛/累托石复合材料,并研究了复合反应温度、灼烧温度、灼烧时间等不同因素对产物的光催化活性的影响,初步探讨了各种影响因素的机理所在,总结了最佳的复合工艺条件.实验用光催化降解酸性红B作为模拟反应,结合X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等表征手段,研究了复合材料的制备条件与其光催化活性的关系.XRD和TEM等测试表明,一定热处理温度范围内温度越高,产物晶化越明显.在500℃温度下处理的复合材料明显含有锐钛矿型和金红石型TiO<,2>:实验发现不同复合条件产物对酸性红3B的光催化降解效果不同,最佳制备工艺条件可以概括为:灼烧温度:500℃;复合反应温度:60℃;HCl/Ti=1.0~2.0(mol/mol):TiCl<,4>/累托石=1 5~25(g/mmol);灼烧时间:1~2h;老化时间:24h:较缓慢的柱撑液滴加速度、较稀的累托石悬浮液浓度以及较适宜的反应产物洗涤程度.该课题还以自制的材料作为光催化剂,紫外杀菌灯作光源,进一步探讨了模拟污染物酸性红3B的光催化反应中影响反应速度的相关因素,实验结果表明污染物初始浓度、催化剂添加量、光源种类、pH值等是影响反应的重要因素.实验初步探讨了各种影响因素的机理以及光催化降解动力学模型.作为对比,该课题还以钛酸正丁酯为前驱物、无水乙醇为溶剂,在不同反应条件下研究了溶胶-凝胶法制备的TiO<,2>/累托石复合光催化剂的光催化活性.

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1本课题的研究背景

1.2光催化技术概述

1.2.1光催化反应和光催化剂

1.2.2光催化降解机理的探讨

1.2.3光催化剂的改性研究

1.3本课题研究目的及其意义

1.4本课题研究方法和内容

第2章光催化剂的制备、表征及其光催化活性研究

2.1光催化剂的制备

2.1.1实验原材料、设备

2.1.2累托石结构及性质

2.1.3光催化剂的制备原理、方法

2.2材料性质及表征

2.2.1X射线衍射分析

2.2.2透射电镜分析

2.2.3扫描电镜分析

2.2.4比表面积分析

2.2.5红外光谱分析

2.2.6化学元素成分分析

2.3不同制备条件对复合材料光催化性能的影响

2.3.1试验原材料、设备

2.3.2实验目的、装置、原理和方法

2.3.3灼烧温度对光催化活性的影响

2.3.4不同复合反应温度对光催化活性的影响

2.3.5不同HCl/Ti(mol/mol)对光催化活性的影响

2.3.6反应物TiCl4/累托石(mmol/g)含量对光催化活性的影响

2.3.7复合材料灼烧时间对光催化活性的影响

2.3.8反应的累托石悬浮液浓度对材料光催化活性的影响

2.3.9交联试剂滴加速度对光催化活性的影响

2.3.10不同老化时间对复合材料的光催化活性的影响

2.3.11不同洗涤程度对复合材料的光催化活性的影响

2.4本章小结

第3章酸性红3B光催化降解的影响因素研究

3.1催化剂投加量的影响

3.2 ARB初始浓度对光催化降解的影响

3.3溶液PH值的影响

3.4催化剂重复使用的影响

3.5不同光源及不同催化剂的影响

3.6本章小结

第4章光催化降解动力学的探讨

4.1光催化降解动力学的研究概述

4.2不同初始浓度酸性红3B溶液的光催化降解动力学分析

4.3不同催化剂投加量的光催化反应动力学探讨

4.4本章小结

第5章其它制备方法的探讨

5.1实验原材料、设备、步骤

5.2灼烧温度对光催化活性的影响

5.3不同盐酸添加量对光催化活性的影响

5.4不同钛、累比例对光催化活性的影响

5.5本章小结

第6章光催化技术在环境污染治理中的应用展望

第7章结论及建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

发表论文情况

致谢