新型納米光催化劑的制備、表征及其性能研究

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1、東華大學(xué)博士學(xué)位論文新型納米光催化劑的制備、表征及其性能研究姓名：夏慧麗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：環(huán)境工程指導(dǎo)教師：莊惠生20070801摘要光催化實(shí)驗(yàn)表明：①當(dāng)La與Sn的摩爾比為1：4時(shí)，在400"C焙燒2．5h制得的La203．Sn02復(fù)合光催化劑顯示了較高的光催化活性，在模擬太陽(yáng)光照射下，當(dāng)溶液pH值大小在5．6左右，催化劑投加量為1．59／l時(shí)，光照80min，其對(duì)酸性藍(lán)62染料的降解率達(dá)到98．3％以上；②當(dāng)Fc與Sn的摩爾比為1：2時(shí)，在400。C焙燒3h制得的Fe203．Sn02復(fù)合光催化劑顯示了較高的光催

2、化活性。當(dāng)催化劑投加量為1．25臥，溶液pH值在6．25左右時(shí)，模擬太陽(yáng)光光照110min，酸性藍(lán)62脫色完成，TOC去除率在68％以上。在模擬太陽(yáng)光體系中，經(jīng)多次使用后，兩種光催化劑均仍能保持較高的光催化活性，這預(yù)示著它們?cè)谖磥?lái)的工業(yè)化應(yīng)用方面具有廣闊的發(fā)展前景。在一定濃度范圍內(nèi)，無(wú)論是在模擬太陽(yáng)光還是在可見(jiàn)光光照下，酸性藍(lán)62染料的降解反應(yīng)均符合表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，且隨著溶液中染料濃度的增加，反應(yīng)速率常數(shù)逐漸減小。實(shí)驗(yàn)還表明，酸性藍(lán)62染料在模擬太陽(yáng)光體系中的降解能力要好于可見(jiàn)光體系，造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于模擬

3、太陽(yáng)光中的紫外光部分對(duì)吸附在催化劑表面的反應(yīng)中間產(chǎn)物具有很好的礦化作用，從而避免了反應(yīng)中間產(chǎn)物在催化劑表面的大量累積對(duì)催化劑造成的中毒作用。2．負(fù)載型Fe203／Sn02／AC和La203／Sn02／AC復(fù)合光催化劑解決納米粉體催化劑的固定化問(wèn)題也是目前光催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，它是決定所研制的催化劑能否真正工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文采用浸漬．焙燒的方法將合成的兩種光催化劑(La203／Sn02和Fe203／Sn02)負(fù)載到載體活性炭(AC)上，制得了負(fù)載型Fe203／Sn02／AC和La203]Sn02／AC復(fù)合光催化

4、劑，并結(jié)合SEM和BET的表征手段考察了它們的最佳制備條件。對(duì)實(shí)際工業(yè)印染廢水的光催化降解試驗(yàn)表明：相對(duì)于Fe203／SN02和La203／Sn02納米顆粒催化劑，在一定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載后的催化劑能夠?qū)⒂∪緩U水的色度完全去掉，同時(shí)CODcr值也大大降低。這主要是因?yàn)榛钚蕴枯d體對(duì)溶液中的污染物分子具有強(qiáng)大的吸附能力，它將有機(jī)污染物分子吸附在催化劑活性組分周圍，為光催化反應(yīng)提供了高濃度環(huán)境，提高了光催化反應(yīng)速率，而且將反應(yīng)的中間副產(chǎn)物吸附促使污染物完全凈化。針對(duì)Fe203／Sn02／AC和La203／SnOE／AC負(fù)載型復(fù)

5、合光催化劑經(jīng)多次使用后的失活現(xiàn)象，本文采用“沖洗．焙燒．紫外燈照射”的方法使其再生后，基本上能恢II摘要復(fù)其催化氧化能力，使用壽命較長(zhǎng)，具有潛在的工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。3．鑭、硫共摻雜Ti02納米光催化劑的制備、表征及可見(jiàn)光催化活性采用沉淀．浸漬法制備了鑭、硫共摻雜Ti02復(fù)合納米光催化劑。XRD，TEM和BET的測(cè)試結(jié)果表明在450℃下焙燒制得的La．S門n02納米光催化劑的粒徑較小(約5rim)，比表面積明顯高于單一鑭或硫摻雜Ti02納米光催化劑的比表面積。通過(guò)XPS光譜可以斷定所制備的摻雜催化劑中S元素是以S4+的形式存

6、在。另外，與未摻雜改性的純Ti02光催化劑相比，UV-Vis漫反射光譜的測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)摻雜改性后樣品的最大吸收邊均向可見(jiàn)光區(qū)發(fā)生了不同程度的紅移，其紅移程度依次為h．S用02>S／Ti02>La廠ri02，而且單一硫或鑭摻雜的Ti02光催化劑和鑭、硫共摻雜的Ti02光催化劑在紫外光區(qū)的吸收也沒(méi)有削弱。不同元素離子的摻雜對(duì)Ti02晶體的生長(zhǎng)和團(tuán)聚有一定的抑制作用，而且抑制程度有所不同，且與摻雜濃度有關(guān)。就本實(shí)驗(yàn)來(lái)講，稀土元素鑭的最佳理論摻雜濃度為1．5％，鑭的抑制作用比硫的強(qiáng)，兩者的共摻雜使得抑制作用更強(qiáng)。另外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)

7、現(xiàn)，La和S對(duì)Ti02共摻雜時(shí)有利于金紅石型晶體的生成，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。光催化降解實(shí)驗(yàn)表明，在可見(jiàn)光體系中，于450℃下焙燒制備的鑭、硫共摻雜Ti02納米催化劑能夠有效地降解苯酚模擬有機(jī)廢水，這更好地佐證了該催化劑具有優(yōu)越的可見(jiàn)光催化能力。用UV-Vis吸收光譜和TOC測(cè)定方法，分析了可見(jiàn)光下La．S仍02納米光催化劑對(duì)苯酚的降解過(guò)程，結(jié)果表明，苯酚的降解機(jī)理是在自由基的作用下進(jìn)行的，經(jīng)歷了先形成不穩(wěn)定的活性中間體，然后直接開(kāi)環(huán)降解成脂肪酸等低分子量的化合物(如乙酸、甲酸等)，接著被深度氧化，礦化為C02和H20

8、的過(guò)程。從工業(yè)化應(yīng)用角度出發(fā)，本文通過(guò)浸涂．焙燒的方法將制得的La．S仍02納米光催化劑成功地負(fù)載到了ACFs上。相對(duì)于未被負(fù)載的La．S／Ti02納米粒子，ACFs負(fù)載型復(fù)合光催化劑對(duì)苯酚廢水和實(shí)際工業(yè)廢水均具有更優(yōu)越的可見(jiàn)光降解能力。實(shí)現(xiàn)了La．S廠ri02納米光催化劑的固載，使其在光催化過(guò)程中可以重復(fù)利用，具有