TiO-,2-基固體超強酸的制備及光催化性能研究.pdf

1、光催化技術具有反應條件溫和、無污染、低能耗等特點，因而在環(huán)境保護、能源轉換、新物質合成等多個方面具有廣闊的應用前景。通過多種改性手段改善催化劑的活性，提高催化劑的光催化效率是將這一技術推向實際應用的重要環(huán)節(jié)。本文利用硫酸對TiO2半導體進行表面超強酸化，以難降解有機物污染物鄰硝基苯酚和甲基橙為處理對象，研究了反應條件對TiO2基固體超強酸光催化劑光催化活性的影響；考察了WO3、La2O3以及非金屬離子N對TiO2基固體超強酸光催化劑摻雜

2、改性后的光活性的影響，研究了SO42-/TiO2-WO3催化劑光降解鄰硝基苯酚的動力學及機理。 本文采用改進的溶膠-凝膠法制備TiO2粉體，然后將TiO2浸漬于H2SO4溶液中，制備了SO42-/TiO2催化劑，并利用XRD衍射、紅外光譜(FT-IR)、熱重-差熱(TG-DTA)、紫外-可見漫反射(UV-VIS)等手段表征了其結構與酸性；分別以鄰硝基苯酚和甲基橙為目標降解物，考察了催化劑的光催化活性，并對反應條件作了研究，初步探

3、討了其反應機理。結果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間、焙燒溫度，以及溶液的pH值均對催化劑光催化效果有影響。當浸漬硫酸濃度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為500℃，溶液pH值為5.0時，光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應45min降解率達到97﹪。表征結果表明，SO42-與TiO2表面結合以橋式雙配位構型存在，SO42-/TiO2催化劑光催化效率的提高本質在于它的特殊表面酸性結構，這種結構通過電荷誘導效應加速了光致

4、電子從TiO2導帶向表面酸性中心轉移，抑制了電子—空穴的重新結合。 利用SO42-對TiO2-WO3進行表面修飾，制成固體超強酸SO42-/TiO2-WO3，分別在懸浮體系以及制備成薄膜催化劑考察了催化劑的光催化活性。結果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間、焙燒溫度以及氧化鎢摻雜量均對催化劑光催化效果有影響。當浸漬硫酸濃度為0.2mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為550℃，W(WO3)摻雜量為3﹪時，光催化降解鄰硝基苯

5、酚效果最好，反應30min降解率達到97﹪。表征結果表明，SO42-TiO2-WO3催化劑表面有含硫化物種存在，能產生酸催化中心，同時，WO3的引入，相當于在Ti4+周圍放置了吸電子源，使得Ti4+離子上的正電荷增加，結果增加了其Lewis酸位，從而提高了催化劑的光催化活性。 利用SO42-對TiO2-La2O3進行表面修飾，制成固體超強酸SO42-/TiO2-La2O3，考察了催化劑的光催化活性。結果表明：硫酸浸漬濃度、硫酸浸

6、漬時間、焙燒溫度以及La2O3摻雜量均對催化劑光催化效果有影響。當浸漬硫酸濃度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為500℃，La2O3摻雜量為x(La2O3)=0.5﹪時，光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應30min降解率達到93﹪。 采用硫酸浸漬法還制備了摻氮固體超強酸SO42-/TiO2，分別考察了催化劑的紫外光和可見光催化活性。硫酸浸漬濃度、硫酸浸漬時間以及焙燒溫度均對催化劑光催化效果有影響。當浸漬硫酸濃

7、度為0.5mol.L-1，硫酸浸漬時間為6h，焙燒溫度為450℃時，可見光催化降解鄰硝基苯酚效果最好，反應4h降解率達到70﹪；紫外光催化降解鄰硝基苯酚，反應120min降解率達到88﹪。結果顯示：摻氮TiO2經過表面超強酸化形成摻氮固體超強酸SO42-/TiO2，其可見光催化效果比P-25(德國Deguss公司TiO2)明顯提高。 光降解有機物的動力學及機理研究一直是光催化反應過程中一個較為復雜的問題。本文利用固體超強酸SO4