CdS-CuS修饰的TiO2纳米带制备及光催化降解甲苯研究

摘要

空气是人类赖以生存的物质基础，因此空气质量与人们的生活健康息息相关。土壤中农药和化肥的挥发、秸秆和薪柴的焚烧、养殖业对粪便的堆肥处理、室内房屋的装修、工业废气的任意排放等过程会挥发出大量的挥发性有机物（VOCs），严重威胁人类身体健康，亟待解决。
　　本文首先以自制的光催化反应装置为降解装置，以甲苯为挥发性目标污染物，以阳极氧化法制备的TiO2NBs作为光催化剂，研究甲苯的光催化降解规律。为提高TiO2 NBs光催化性能，采用交替浸渍沉积方法制备CdS-CuS/TiO2 NBs，对CdS-CuS/TiO2 NBs制备过程中溶液离子浓度、浸渍循环次数条件进行优化。对制备的样品其进行扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis/DRS）、X-射线衍射分析（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、拉曼（Raman）、光致发光（PL）等表征。研究了甲苯初始浓度、气体流速、催化剂用量、光照强度、温度等因素对甲苯降解效果的影响，并分析了甲苯的降解机理。通过对催化剂材料的循环使用，对其进行了稳定性评价。
　　以TiO2 NBs为催化剂对甲苯进行降解，考察了甲苯初始浓度、催化剂用量、气体流速、光照强度四个因素对光催化降解甲苯的影响，并探究了催化剂的稳定性。
　　结果表明：
　　（1）当初始浓度为17.34 mg/L时，降解率达到93.72%，为最佳降解效果；
　　（2）当催化剂有效面积为32 cm2时，甲苯的降解效果比无催化剂时提高了70~80%；
　　（3）当流速为1.5 L/min时，甲苯的降解效率最高;
　　（4）紫外灯为光源时甲苯降解率显著高于可见光为光源时的降解率，前者比后者降解效果高约50%。
　　CdS-CuS/TiO2 NBs材料制备条件优化研究表明，溶液离子最佳浓度是1 mM；浸渍循环次数最佳为5次；以CdS-CuS/TiO2 NBs作为催化剂对甲苯的进行降解，考察初始浓度、催化剂用量、气体流速、温度四个因素对光催化性能的影响。结果表明，在本实验条件下，甲苯最佳初始浓度为17.34 mg/L，催化剂用量40 cm2时降解效果最好，气体流速在1.5 L/min时，甲苯的降解效率最高，随着温度的升高，甲苯的降解效果呈现上升的趋势。根据GC-MS检测，初步可以断定甲苯的降解路径可能为：甲苯的甲基直接被氧化生成苯甲醇，进一步被氧化生成苯甲醛、苯甲酸，最后脱羧基生成苯；此外在检测中发现有链状结构的有机大分子，推测甲苯在降解过程中有开环现象。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 挥发性有机物概况

1.2 TiO2光催化技术的研究概况

1.3 目前该研究领域存在的问题

1.4 选题意义、主要研究内容和技术路线

第2章 材料与方法

2.1化学试剂及实验仪器

2.2 材料制备与反应装置

2.3催化剂表征

2.4光催化性能检测

第3章 TiO2 NBs制备及光催化性能研究

3.1 TiO2 NBs制备

3.2 TiO2 NBs表征

3.3 TiO2 NBs光催化降解甲苯的影响因素探究

3.4 TiO2 NBs的稳定性评价

3.5 本章小结

第4章 CdS-CuS/TiO2 NBs制备及光催化性能研究

4.1 CdS-CuS/TiO2 NBs制备方法

4.2 CdS-CuS/TiO2 NBs制备参数优化

4.3 CdS-CuS/TiO2 NBs表征

4.4 不同负载TiO2 NBs稳定性评价

4.5 本章小结

第5章 CdS-CuS/TiO2 NBs降解甲苯研究

5.1 CdS-CuS/TiO2 NBs光催化性能评价

5.2 甲苯光催化降解路径分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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