无机阴离子—板钛矿、磷酸钴—锐钛矿光催化氧化水中有机物及其反应机理

发布时间：2017-12-21 23:29

  本文关键词：无机阴离子—板钛矿、磷酸钴—锐钛矿光催化氧化水中有机物及其反应机理　出处：《浙江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：三十多年来,半导体光催化技术降解和消除有机污染物的研究持续发展。在众多的半导体光催化剂中,TiO_2因其高效、稳定、价廉、无毒等优点而仍然受到广泛的关注。但是,半导体的光生载流子极易复合,导致量子效率普遍较低,而难以满足实际应用的需求。本论文主要采用四种无机阴离子修饰板钛矿、采用磷酸钴修饰锐钛矿,显著地提高了TiO_2光催化降解水中有机物的效率,并提出了相应的反应机理。具体内容分为以下两个部分：第一部分,首次考察了PO_4~(3-)、F~-、B_4O_7~(2-)、SO_4~(2-)四种阴离子对板钛矿光催化性能的影响。采用水热法,合成板钛矿型TiO_2；通过弱吸附的苯酚和强吸附的2,4-二氯苯酚在水中的降解反应,评价半导体的光催化活性。研究发现,这四种阴离子均能显著地促进板钛矿光催化降解有机物,这种阴离子效应与阴离子的浓度、溶液的初始pH值有关。进一步研究发现,只有吸附在TiO_2表面的阴离子才能促进苯酚的光催化降解。此外,这些阴离子也都能促进TiO_2光催化产生香豆素捕获的OH自由基。但是,这些阴离子抑制TiO_2吸附水中O_2和H_2O_2,从而减慢了TiO_2光催化还原O_2和分解H_2O_2。第二部分,系统地研究了磷酸钴(CoPi)对锐钛矿TiO_2光催化氧化水中有机物的影响。采用光催化沉积法,分别制备负载CoPi的TiO_2 (CoPi/TiO_2)、负载Pt的TiO_2(Pt/TiO_2)、负载CoPi的Pt/TiO_2(CoPi/Pt/TiO_2);通过苯酚、4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚在pH 7.0的0.1MK3PO4缓冲液中的降解反应,评价这些催化剂的光催化活性。对于所有反应,CoPi/TiO_2、Pt/TiO_2的活性都分别低于和高于TiO_2。对于光催化降解较强吸附的4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚,CoPi/Pt/TiO_2的活性高于Pt/TiO_2;而对于光催化降解较弱吸附的苯酚,CoPi/Pt/TiO_2的活性低于Pt/TiO_2。在光催化还原O_2生成H_2O_2的过程中,这些催化剂的相对活性与光催化氧化2,4-二氯苯酚的相对活性一致。但是,当水溶液中没有K_3PO_4时,CoPi/Pt/TiO_2光催化降解2,4-二氯苯酚的活性反而低于Pt/TiO_2和TiO_2,归因于CoPi/Pt/TiO_2光腐蚀产生了有害的Co~(2+)离子。因此,本文提出,CoPi中CoⅡ/Ⅲ被TiO_2光生空穴氧化而生成的CoⅣ束缚于固体表面,而且寿命很短。它只能在Pt(电子转移催化剂)和磷酸根(CoPi修补剂)同时存在时,与较强地吸附于固体表面的有机底物发生反应。此外,CoPi参与的空穴转移与Pt参与的电子转移之间存在相互的促进作用,这将提高TiO_2光生载流子的分离效率,显著地加快有机物的氧化和O_2的还原。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.3;O644.1

【参考文献】

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1 范少华,崔玉民;光催化技术在污水处理方面的应用[J];化工进展;2002年05期

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本文编号：1317569