Keggin型过渡金属取代杂多酸盐/TiO2纳米催化剂的制备及光催化性能研究
水体有毒有机物引起的环境污染问题已严重威胁人类的生存与健康。目前去除水体有机污染物比较好的方法是高级氧化法，因为这种方法能把有机污染物氧化降解为无毒的有机小分子和矿化为CO2和H2O，不会引起二次污染问题。在高级氧化法中，光催化氧化法因能利用太阳光能而更加优越和理想，但关键是找到理想的光催化剂。在光催化剂的探索和研究中，TiO2因价格低廉、化学稳定高和环境友好等而备受关注，引起最广泛的研究兴趣，是最有应用前景的光催化剂。但纯粹的TiO2，禁带较宽(3.2eV)，只能吸收紫外光，太阳光能的利用率较低，因为紫外光在太阳光中只占不到5％。尽管通过非金属或金属元素掺杂以及有机染料或量子点表面修饰可以将TiO2的光吸收波长扩展至可见光区，光能转换效率也有明显提高(～6—12%)，但与绿色植物光合作用的效率相比还依然很低。因此，探索和研究新颖的光催化体系仍然十分必要和有意义。 作为新颖的光催化体系，本文以过渡金属取代的杂多化合物(PW11M)作为可见光活性组分、TiO2为载体结构组分，采用溶胶凝胶提拉法在玻片表面制备了PW11M/TiO2纳米薄膜光催化剂，并采用UV-vis DRS、IR、Raman、TG-DTG、XRD、SEM、TEM等手段对催化剂的光吸收性质、化学结构、热稳定性、晶相和表面结构形貌等进行了表征，同时以罗丹明B（RhB）、硝基苯（NB）等模型污染物的光降解为探针，评估了PW11M/TiO2的可见光催化活性，提出了光催化反应机理，并与TiO2光催化剂的光催化反应机理进行了比较，同时考察了焙烧温度、PW11M剂量和溶液pH对催化剂光催化活性的影响，最后通过循环降解实验评估了PW11M/TiO2的光催化稳定性。 实验结果表明，PW11M/TiO2膜除了紫外光之外，在可见光区也有明显吸收，吸收波长随取代过渡金属M的不同而变化。膜的表面结构和形态与焙烧温度密切相关。当焙烧温度为100℃时，PW11M/TiO2膜为无定形态；随着焙烧温度的提高，PW11M/TiO2膜由无定形态逐渐转化为结晶态，至500℃时膜由“米粒”状的晶体组成，晶粒的大小为100～600nm。用于降解有机模型污染物，PW11M/TiO2纳米薄膜显示了明显的可见光催化活性。例如，PW11Fe/TiO2可见光催化降解硝基苯，反应60min，硝基苯的降解率为92%，反应4h的TOC去除率为30%；PW11Cu/TiO2可见光催化降解RhB，反应60min，RhB的降解率为98%，反应4h的TOC去除率为32%；PW11Cr/TiO2可见光催化降解RhB，反应60min，RhB的降解率为88%，反应4h的COD去除率为72%；PW11Mn/TiO2可见光催化降解RhB，反应60min，RhB的降解率为99%，反应4h的TOC去除率为33%。电子顺磁共振和羟基自由基猝灭实验表明，导致有机物降解和矿化的反应氧活性物质为羟基自由基。提高制备的焙烧温度，PW11M/TiO2的光催化活性降低，而提高催化剂的用量和溶液的酸性有利于提高有机物的降解速率。经过10次的循环降解试验，PW11M/TiO2的可见光催化活性几乎没有损失。
Keggin型过渡金属取代;杂多酸盐化合物;二氧化钛;纳米光催化剂;溶胶凝胶法;有机物降解;光催化活性
海南师范大学
硕士
化学
王崇太
2015
中文
TQ426.91;O643.361
77
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）