光催化法去除室内空气中有机污染物的研究

发布时间：2020-07-18 03:00

【摘要】：采用四氯化钛水解法制备了超细TiO2光催化剂，并对其进行表征和活性评价。实验中考察了制备过程中的pH值和焙烧温度对催化剂的粒径、晶型及相变温度的影响，通过用乙醇热浸胶状沉淀和采取冷冻干燥方式，改善了超细粉体的团聚性，避免了硬团聚体的形成。制备过程中的加水量、pH值和加碱方式对TiO2光催化活性有影响，通过正交实验确定了TiO2的最优的制备条件。利用过渡金属钴和稀土元素铈制备了掺杂的超细TiO2，并进行了表征和活性评价。钴掺杂和铈掺杂都可以抑制TiO2晶粒长大，使样品的粒径减小，比表面积增大。而钴掺杂对晶粒的长大有更强的抑制作用。掺杂光催化剂的活性高于纯TiO2，光催化性能变化与掺杂方法和掺杂物有关，共沉淀法的掺杂光催化剂光反应活性高于机械混和法。而其中钴掺杂光催化剂的活性又优于铈掺杂光催化剂。钴掺杂能促进锐钛矿向金红石型的转变，而掺铈对相变影响不大。采用溶胶－凝胶法分别制备了玻璃板上的TiO2负载膜、活性炭和麦饭石上的TiO2负载催化剂，并做了电镜表征和反应性能评价。活性评价结果证明，玻璃板上负载的TiO2膜由于吸附能力差，所以不能用于气相光催化系统。麦饭石和活性炭负载的TiO2由于有较好的吸附性能，能使负载催化剂表面上反应物分子的浓度增大，所以对气相中苯的光催化降解活性都好于未经负载的TiO2。以苯为模型反应物，考察了催化剂用量、催化剂接触面积、光强度、苯的初始浓度和系统中水分量对苯的气相光催化降解反应的影响。红外检测到苯光降解反应的中间产物是一个六元环醇，据此推测了苯的气相光催化降解可能的反应历程。通过实验并结合参考文献的结论，证明苯的气相光催化过程在不同的反应条件下遵循不同的反应历程。建立了苯的气相光催化反应动力学方程，并通过实验，采用初始浓度法确定了动力学方程中的反应速度常数k和Langmuir吸附平衡常数。利用所推测的动力学方程建立了气相光催化反应器的数学模型，并得到了非稳态条件下模型的解析解和数值解。比较了模型参数对模型结果的影响。由于真实地考虑了反应速度常数在不同反应时期的变化，使模型的计算数据很好地描述了实验结果。制备了光催化空气净化网，并应用其设计制作了光催化空气净化器。在高浓度苯污染环境中进行了净化性能评价，结果证明，所制作的光催化空气净化器有很强的净化能力，在高浓污染气体的破坏性实验中仍能保持很好的净化效果。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：X51
【图文】：

电子转移反应,敏化

第一章文献综述而有强氧化性。在光氧化反应过程中，光生空穴可以从n donor）得到电子，而光生电子转移到电子受体（electron产生氧化供体和还原受体参与反应。过程可以用 Rohatgi-Mukherjee 给出的“供体 D 敏化剂 S楚地说明： S 激发一个电子，留下一个正空穴； D 的最低能级转移一个电子填补正空穴，产生氧化供体化剂的被激发电子转移到受体 A 的未满能级产生还原受体接受敏化剂的光生电子，抑制它与光生空穴重新复合。可最终是以未反应的形式出现，所以，按通常意义的术语称otocatalyst）。

示意图,光催化,基本原理,示意图

图 1－2 TiO2上的光催化基本原理示意图Fig. 1-2 Schematic drawing of the principle of photocatalytic reactio粒子由光激发产生的电子／空穴对（electron / hole pair）分迁移。分离后的光生电子和空穴在迁移过程中由于存在被，有可能在颗粒内部或表面重新复合而失去反应活性[40~4生空穴迁移到颗粒表面后，被表面吸附的水或羟基（D）电子形成强氧化性自由基·OH（D+），而催化剂表面的吸附表面的光生电子形成·O2 （A ）。过程也可以写出如下机理方程[50~55]：

焙烧温度,XRD谱,样品,沉淀过滤

A－锐钛矿 R－金红石图 2－1 不同焙烧温度下样品的 XRD 谱图 patterns of the samples obtained at various calcination tem.32（101）、37.86（004）、47.98（200）、53.86（ TiO2的锐钛矿（anatase）晶型特征峰；2θ＝27.46111）、44.06（210）、54.36（211）和 69.10（30的特征峰。EM 表征结果一批制备的胶状水合 Ti(OH)4沉淀进行了不同处SEM 照片。从照片中可以清楚地看出，3 个样品中a 中是沉淀过滤后未经任何处理样品，其颗粒存在本都是不可再分散的硬团聚；b 是将沉淀过滤后用品，但团聚现象依然严重，不过硬团聚体明显减

【引证文献】