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难降解有机污染物的光催化氧化研究

梁延荣

  以半导体材料为催化剂的光催化氧化法是近年来兴起的一种现代水处理技术,与传统方法相比,具有高效、稳定、无二次污染以及对各类有机污染物尤其是难生物降解的有毒污染物进行深度、彻底氧化的突出特点,还具有可直接利用太阳能进行光化学转换的独特优势,因而成为世界各国研究的热点。TiO_2是一种较为理想的光催化剂,具有化学性质稳定、难溶无毒、成本低等优点,但普通TiO_2存在电荷分离效率差、光催化活性低等缺点,致使它的应用受到限制。为了提高TiO_2的光催化活性,拓展其可利用的光谱范围,本论文首先以钛酸丁酯为起始剂,冰醋酸为抑制剂,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了超细纳米TiO_2,以及金属氧化物与TiO_2复合的MoO_3/TiO_2、WO_3/TiO_2纳米半导体催化材料,借助XRD、TEM、IR等测试手段进行了结构表征。结果表明本文所制备的催化剂平均粒度为7~10nm,热处理温度升高导致TiO_2由锐钛矿型向金红石型转变,600℃与800℃热处理的纳米TiO_2中锐钛矿的含量分别为93%和15%。MoO_3/TiO_2、WO_3/TiO_2催化剂分别由MoO_3、WO_3与锐钛矿型TiO_2构成,且MoO_3与WO_3的添加抑制了TiO_2由锐钛矿型向金红石型转变,在800℃热处理下锐钛矿TiO_2的含量仍高达96%和94%。其次,利用自行设计的光催化反应装置,系统地研究了纳米TiO_2对偶氮染料直接耐晒红4BL和2,4-二硝基酚的光催化活性,探讨了影响光催化反应的各种因素。结果表明在相同条件下,与普通TiO_2相比,本论文研制的纳米TiO_2对4BL和2,4-二硝基酚的降解率分别提高了2.27倍和1.7倍。同时发现,光催化效率与TiO_2本身的晶型结构有很大关系,600℃热处理的纳米TiO_2催化活性最高。动力学研究表明光催化氧化过程属一级反应,服从Langmuir-Hinshehwood动力学模型。最后,以甲基橙为实验对象研究了复合半导体MoO_3/TiO_2和WO_3/TiO_2的光催化特性。结果表明,两种复合体的活西安理工大学颀士学问论义性均高于单一的 MOO冲]WO3,但比纳米TIOZ有所降低。l%WO3/TIO;的光催化活性与纳米* JB近,对甲基橙的降解率达到90%以上,而MOO。/TIO。的俐8率只有50%左右。……   
[关键词]:半导体;光催化氧化;纳米TiO_2;溶胶-凝胶法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安理工大学2002年