强化传递型Zr掺杂有序介孔SiO2/void/TiO2填充PVDF光催化膜的研究

摘要

TiO2光催化剂因具有高活性、安全无毒、化学性质稳定等优点而被认为是一种极具发展前景的污水处理技术。但在实际应用中,TiO2粒子因粒径过小,导致回收繁琐,且易造成二次污染。目前,在TiO2粒子表面包覆一层SiO2层,制备具有纳米空隙结构的SiO2/void/TiO2,而后将其均匀填充到有机载体中,可以较好的解决TiO2粒子固定化和有机载体降解等问题。但是TiO2光催化剂的实际应用受到了SiO2外壳孔道的亲水亲油性和孔道尺寸大小等影响,导致光催化过程中SiO2外壳孔道形成的水通路传质能力较弱,从而降低传质和传光效率,光催化效果较差。因此在光催化过程中提高传质传光效率非常具有意义。
　　本论文在P123和油酸的协同作用下,氧氯化锆和正硅酸乙酯在TiO2粒子表面共水解形成有序介孔且孔道方向沿径向分布的掺杂Zr元素的SiO2外壳,得到Zr-SiO2/void/TiO2光催化粒子(Zr-SVT),由于Zr元素的掺杂造成SiO2晶格缺陷,形成具有Lewis酸位和Brnsted酸位的杂多酸,从而强化SiO2外壳孔道形成的水通路的亲水性,促进传质效率。最后,将Zr-SVT填充到聚偏氟乙烯(PVDF)中组装成光催化膜(Zr-SVTP)。另外,利用NaHCO3溶液对Zr-SVT进行刻蚀,达到扩孔和缩短传质距离的目的,提高光催化过程的传质效果。
　　通过小角度XRD、SEM、FT-IR、TEM和BET等表征手段研究了Zr-SVT外壳的化学组成和孔道尺寸等。结果证明Zr元素成功掺杂进入有序介孔的SiO2外壳中,Zr-SVT呈球形,粒径约为800nm,比表面积为924.7m2g-1,孔径为5.5nm;通过Zr-SVTP的断面SEM表明Zr-SVT光催化粒子填充到PVDF中;此外优化了Zr-SVT和Zr-SVTP的制备条件,并考察了它们光催化降解自制和油田含油废水及甲基橙溶液的效果和影响因素。
　　同时,通过研究Zr-SVT和Zr-SVTP的化学组成、孔道尺寸和制备条件等,探讨了Zr-SVT和Zr-SVTP的Zr元素掺杂机理、促进传质机理和NaHCO3刻蚀机理。上述探索为TiO2粒子固定化和促进光催化过程传质提供了较好的尝试。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 TiO2光催化技术

1.3 TiO2光催化剂的固定化进展

1.4 SiO2外壳刻蚀的研究进展

1.5非化学计量化合物的研究进展

1.6本论文研究意义、内容及创新点

第二章 TiO2粒子和TiO2/油酸复合粒子的制备与表征

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 样品的表征

2.4 本章小结

第三章 有序介孔Zr-SiO2/void/TiO2光催化粒子的制备与表征

3.1 实验部分

3.2结果与讨论

3.3 样品的表征

3.4 Zr-SVT的合成机理和促进传质机理

3.5 本章小结

第四章 有序介孔Zr-SiO2/void/TiO2光催化粒子的孔道刻蚀

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3 样品表征

4.4 NaHCO3溶液刻蚀机理

4.5本章小结

第五章 光催化膜的制备及应用研究

5.1实验部分

5.2结果与讨论

5.3 样品的表征

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢