多金属氧酸盐及新型多金属氧酸盐/二氧化钛复合催化剂光催化性能研究

摘要

本文自制了同多酸盐Na<,4>W<,10>O<,32>，利用UV-Vis，FT-IR进行了表征，并以Na<,4>W<,10>O<,32>、H<,3>PW<,l2>O<,40>和H<,4>SiW<,l2>O<,40>为代表，研究了在近紫外光源照射下，均相体系中多金属氧酸盐(POM)对甲基橙染料溶液光催化降解脱色的性能、反应动力学、反应机理。结果表明，所制得产物具有Na<,4>W<,10>O<,32>的基本骨架结构；溶液初始酸度、催化剂投加量、溶液初始浓度这些因素对光催化降解的效果均有影响，其脱色效果在溶液初始酸度分别为pH=2，pH=2，pH=1达到最佳；最佳催化剂投加量分别为0.6g/L，0.6g/L，0/4．g/L；三者均对20mg/L的甲基橙溶液表现出最佳的脱色效果。反应均符合Langmuir-Hinshelwood反应动力学方程，为假一级反应。该反应路径与TiO<,2>有所不同，存在POM直接的光催化氧化作用。 然后，利用溶胶一凝胶和程序升温水热合成两种软化学方法自制了三种POMF/TiO<,2>复合催化剂：Na<,4>W<,10>O<,32>/TiO<,2>、H<,3>PW<,12>O<,40>/TiO<,2>和H<,4>SiW<,12>O<,40>.TiO<,2>，利用FT-IR、UV/DRS、XRD、TEM对制备所得产物进行了表征，并研究了该类新型复合催化剂在近紫外光源照射下，悬浆体系中光催化降解环境荷尔蒙物质-邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的催化性能、反应动力学、反应机理。结果表明，复合材料为纳米尺寸，包含锐钛矿相的TiO<,2>，程序升温水热过程是合成锐钛矿相POM/TiO<,2>，复合材料的重要保障。POM渗入TiO<,2>晶格中，其基本骨架结构仍得以保留，并在近紫外范围内具有强烈的光吸收性能。溶液初始酸度、催化剂投加量、溶液初始浓度这些因素对POM/TiO<,2>复合催化剂光催化降解DMP溶液的效果均有影响。其降解效果均在弱酸性(pH=6)环境下最佳；催化剂投加量存在最佳值，实验所得分别为0．5g/L，1.0g/L和1.0g/L；随着溶液初始浓度升高，DMP去除率降低，但去除总量增加。反应均符合Langmuir-Hinshelwood反应动力学方程，为假一级反应。POM/TiO<,2>复合催化剂的光催化性能高于纯TiO<,2>，反应过程中POM和TiO<,2>产生了协同效应，提高了光催化效率。由于POM/TiO<,2>复合催化剂对DMP的光催化降解的研究尚未见报道，本文所进行的工作，可以为POM在均相体系中光催化降解有机污染物，以及开发高光催化活性的非均相光催化材料，并将其应用于光催化降解水中环境荷尔蒙物质的研究提供一定依据。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1我国的水污染现状

1.2染料废水处理研究现状

1.2.1物化法

1.2.2化学方法

1.2.3生物方法

1.3邻苯二甲酸酯类污染物治理研究现状

1.3.1生物降解法

1.3.2光催化降解法

1.4光催化技术研究现状

1.5半导体光催化剂

1.5.1半导体光催化剂的反应机理

1.5.2半导体光催化剂的改性技术

1.6多金属氧酸盐光催化剂

1.6.1多金属氧酸盐概述

1.6.2多金属氧酸盐光催化化学

1.6.3多金属氧酸盐光催化机理

1.6.4 POM光催化降解有机污染物研究简介

1.6.5固载型POM光催化降解有机污染物研究简介

1.7选题的目的、意义及本实验内容

第二章 Na4W10O32的制备及POM的光催化性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验仪器

2.2.2实验试剂

2.2.3 Na4W10O32的制备

2.2.4光催化性能实验

2.3结果与讨论

2.3.1 Na4W10O32的表征

2.3.2 POM光催化性能研究

2.3.3各种因素对Na4W10O32催化效果的影响

2.3.4各种因素对H3PW12O40催化效果的影响

2.3.5各种因素对H4SiW12O40催化效果的影响

2.3.6 POM光催化性能动力学分析

2.3.7 POM光催化机理初步分析

2.4小结

第三章 POM/Ti02复合光催化剂的制备及表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验仪器

3.2.2实验试剂

3.2.3 POM/TiO2复合光催化剂的制备

3.3结果与讨论

3.3.1傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析

3.3.2紫外/漫反射光谱(UV/DRS)分析

3.3.3透射电子显微镜(TEM)

3.3.4 X射线粉末衍射光谱(XRD)分析

3.4小结

第四章 POM/TiO2复合催化剂光催化性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验仪器

4.2.2实验试剂

4.2.3实验装置简图

4.2.4实验方法

4.2.5 DMP溶液的配制

4.2.6光解实验

4.2.7分析方法

4.3结果与讨论

4.3.1 POM/TiO2复合催化剂光催化性能研究

4.3.2溶液初始酸度对POM/TiO2复合催化剂催化性的影响

4.3.3催化剂投加量对催化效果的影响

4.3.4溶液初始浓度对催化效果的影响

4.3.5降解过程中pH值的变化

4.3.6 POM/TiO2光催化性能动力学分析

4.3.7 POM/TiO2与TiO2催化性能比较

4.3.8 POM/TiO2光催化性机理分析

4.4小结

第五章 结论与展望

参考文献

研究生阶段公开发表的学术论文目录

致谢