硼酸根和杂多酸修饰二氧化钛的光催化反应及机理研究

发布时间：2017-08-13 01:11

  本文关键词：硼酸根和杂多酸修饰二氧化钛的光催化反应及机理研究

  更多相关文章： 光催化 二氧化钛 铁取代磷钨杂多酸 硼酸根 苯酚降解 空穴转移 电子转移

【摘要】：采用半导体光催化技术降解环境中的有机污染物是一种高效、清洁的方法。在众多的光催化剂中,Ti02因其高效、稳定、清洁、价廉等优点而受到广泛关注。但是,Ti02的光催化量子效率依然很低,还难以满足实际应用的需求。本论文主要采用硼酸根(B4072-)和铁取代的磷钨杂多酸(PW11Fe)表面修饰Ti02,显著地提高了光催化降解水中有机物的活性,并提出了可能的反应机理。具体内容分为以下两个部分：第一部分,考察了Na2B4O7对Ti02光催化反应的影响。研究发现B4072-可以显著提高光催化降解苯酚的活性。例如,在pH=7.0和B4072-浓度为8.0 mM时,苯酚降解的速率常数是单独Ti02体系的3.22倍。这种促进作用也出现在光催化降解2,4-二氯苯酚、光催化产生OH自由基、光催化分解H202和在苯酚存在下光催化还原六价铬的反应过程中。根据B4072-浓度和溶液初始pH值的影响,发现B4072-导致的苯酚降解速率的提高不仅取决于硼酸根的吸附量,还取决于硼酸根的结构。光电化学实验研究表明,B4072-能加快苯酚氧化,但不能加快水氧化。开路电位实验和线性扫描伏安实验表明,B4072-减慢了Ti02导带电子转移,并使平带电位负移81mV。因此,我们认为B4072-首先被Ti02的光生空穴氧化,生成了一种硼酸根自由基。然后,这种硼酸根自由基氧化苯酚,而重新生成硼酸根。由于Ti02的光生电子和空穴成对产生和消耗,B4072-促进空穴转移至苯酚的同时也促进了电子转移到02。这种相互作用将显著提高Ti02的电荷分离效率,从而加快了目标有机物的氧化。第二部分,通过文献方法合成铁取代的磷钨杂多酸(PW11Fe),再以苯酚及2,4-二氯苯酚作为底物,研究了PW11Fe表面修饰对Ti02光催化降解有机物的影响。研究发现在pH 2-7的范围内,PW11Fe/TiO2的光催化活性明显高于单独Ti02,这对实际处理中酸性至中性的有机废水有重要意义。随着PW11Fe的浓度增加,苯酚降解速率呈现先增加后减小的趋势,最佳PW11Fe修饰浓度为2 mM。此外,在苯酚降解过程中,羟基化中间产物的生成量明显增加。通过N2条件下的苯酚降解实验,初步证明PW11Fe能够促进Ti02导带电子转移给02,进而提高光生载流子的分离效率,加速有机物降解。
【关键词】：光催化 二氧化钛 铁取代磷钨杂多酸 硼酸根 苯酚降解 空穴转移 电子转移
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-52
• 1.1 光催化概述13-14
• 1.2 半导体光催化原理14-16
• 1.3 光催化反应的影响因素16-20
• 1.3.1 光强的影响16
• 1.3.2 催化剂的性质和浓度的影响16-17
• 1.3.3 底物性质和浓度的影响17
• 1.3.4 溶液pH的影响17-18
• 1.3.5 反应温度的影响18-19
• 1.3.6 电子捕获剂的影响19
• 1.3.7 无机离子的影响19-20
• 1.4 TiO_2光催化概述20-27
• 1.4.1 TiO_2的晶型结构20-21
• 1.4.2 TiO_2的合成21-23
• 1.4.3 TiO_2的光催化活性及其改进方法23-27
• 1.5 TiO_2表面的阴离子修饰27-29
• 1.6 杂多酸概述29-33
• 1.6.1 杂多酸及铁取代杂多酸的结构30-31
• 1.6.2 铁取代磷钨杂多酸的合成31
• 1.6.3 杂多酸的光化学性质31-32
• 1.6.4 杂多酸及铁取代杂多酸在TiO_2光催化领域的应用32-33
• 1.7 论文选题依据及思路33-34
• 参考文献34-52
• 第二章 B_4O_7~(2-)表面修饰TiO_2提高光催化降解有机物活性及机理52-81
• 2.1 引言52-53
• 2.2 实验部分53-56
• 2.2.1 主要材料和试剂53
• 2.2.2 催化剂的表征53-54
• 2.2.3 光催化实验与分析54
• 2.2.4 吸附实验54-55
• 2.2.5 铬还原实验的测定55
• 2.2.6 活性物种的检测55-56
• 2.2.7 光电化学实验56
• 2.3 结果与讨论56-74
• 2.3.1 催化剂表征56-57
• 2.3.2 光催化降解有机物57-61
• 2.3.3 B_4O_7~(2-)浓度及pH的影响61-64
• 2.3.4 不同离子影响的比较64-66
• 2.3.5 铬还原实验66-67
• 2.3.6 活性物种的测定67-69
• 2.3.7 光电化学实验69-72
• 2.3.8 反应机理探讨72-74
• 2.4 结论74-75
• 参考文献75-81
• 第三章 铁取代磷钨杂多酸表面修饰TiO_2光催化降解有机物活性的初步研究81-94
• 3.1 引言81-82
• 3.2 实验部分82-83
• 3.2.1 主要材料和试剂82
• 3.2.2 铁取代磷钨杂多酸的合成82-83
• 3.2.3 催化剂的表征83
• 3.2.4 光催化实验与分析83
• 3.3 结果与讨论83-90
• 3.3.1 催化剂表征83-84
• 3.3.2 光催化降解有机物84-87
• 3.3.3 PW_(11)Fe浓度及pH的影响87-88
• 3.3.4 N_2条件下的苯酚降解实验88-89
• 3.3.5 空气和N_2条件下苯酚降解实验的动力学分析89-90
• 3.4 结论90-91
• 参考文献91-94
• 第四章 结论与展望94-96
• 4.1 研究结论94-95
• 4.2 展望95-96
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文96-97
• 致谢97

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