復(fù)合催化劑k3pw12o40tio2的制備表征及光催化性能分析研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 21:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的日益重視, 許多學(xué)者研究用TiO2催化光解處理染料廢水,但為了克服納米TiO2回收和利用比較難的問(wèn)題, 研究者們研究新負(fù)載雜多酸催化劑。如雜多酸有效地負(fù)載在多孔固體載體上,可提高比表積利于回收,提高催化活性[25]。 TiO2復(fù)合雜多酸鹽的研究現(xiàn)狀雜多酸鹽(POM)光催化化學(xué)的研究始于20世紀(jì)80年代初期,目前進(jìn)行的研究表明,POM能夠高效氧化分解有機(jī)污染物[26]。但其比表面積小(1～10m2/g),易溶于極性溶劑的缺點(diǎn),則限制了POM的實(shí)際應(yīng)用。催化劑表面的大小對(duì)反應(yīng)活性的影響是相當(dāng)大的,同等的條件下表面越大一般反應(yīng)活性也越高。因此在實(shí)際的應(yīng)用中,常常需要將雜多酸(鹽) 負(fù)載到合適的載體上,以提高表面積。許多研究工作表明,負(fù)載雜多酸的催化性能與載體的種類、負(fù)載量以及處理的溫度有關(guān)。Al2OMgO等堿性載體容易使雜多酸分解所以一般不宜做負(fù)載雜多酸的載體,用于負(fù)載雜多酸的主要是中性和酸性載體,如:SiO活性炭、TiO離子交換樹(shù)脂、大孔徑的MCM41分子篩、層柱材料等。本課題以磷鎢酸水溶液濕法浸漬表面修飾TiO2制備了磷鎢酸/二氧化鈦復(fù)合催化劑,經(jīng)各種表征手段證明該復(fù)合催化劑的比表面積較單純的HPW有很大提高,但隨負(fù)載量的增加而減少。在一定溫度范圍內(nèi)焙燒和光照均不會(huì)影響HPW的結(jié)構(gòu)。以甲醛或丙酮的模擬污染空氣研究其在復(fù)合光催化劑作用下的光催化降解行為,結(jié)果表明,%時(shí),光催化降解甲醛和丙酮的效果均最佳。該反應(yīng)隨修飾劑磷鎢酸含量的增加,甲醛的部分還原產(chǎn)物甲醇含量增加,說(shuō)明HPW與TiO2產(chǎn)生了明顯的協(xié)同作用,改變了TiO2光催化反應(yīng)歷程。合成了PWn/TiO2(n = 11 ,12) 兩種復(fù)合催化劑[27],對(duì)其進(jìn)行了各種表征,并將其用于甲醛的光催化氧化降解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,PW11/TiO2復(fù)合催化劑中的鈦醇基團(tuán)可在PW11的缺位位置發(fā)生化學(xué)鍵合作用,導(dǎo)致復(fù)合體系中結(jié)構(gòu)的變化,光催化活性較低。PW12/TiO2復(fù)合催化體系中不僅保持了PW12完整的Keggin結(jié)構(gòu),而且經(jīng)350℃焙燒處理后PW12與TiO2形成載流子的有效遷移,使得復(fù)合催化劑具有較高的光催化活性,明顯優(yōu)于純TiO2。兩種復(fù)合催化劑對(duì)甲醛的光催化降解反應(yīng)均遵循LH機(jī)理,符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。劉戰(zhàn)輝等[28]用溶膠凝膠法制備了磷鎢系雜多酸復(fù)合的TiO2納米粒子,利用透射電子顯微鏡、紫外可見(jiàn)吸收光譜和傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)對(duì)HPA/TiO2的復(fù)合納米粒子的形貌、結(jié)構(gòu)和粒徑進(jìn)行了表征,結(jié)果表明制備的復(fù)合TiO2納米粒子為近球形,粒徑為12～15 nm ,表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng),雜多酸陰離子保持原有的Keggin結(jié)構(gòu)。并且對(duì)復(fù)合TiO2納米粒子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論探討,還對(duì)雜多酸復(fù)合TiO2納米粒子降解苯酚的光催化活性進(jìn)行了研究,在適當(dāng)?shù)臈l件下苯酚的降解率可達(dá)60%,而單純的TiO2只有35%,表明復(fù)合的TiO2納米粒子具有更高的光催化活性。文中還給出了可能的反應(yīng)機(jī)理,可能是在紫外光的照射、有氧的條件下,有機(jī)分子被雜多酸陰離子的晶格氧(O2) 所氧化,消耗了的晶格氧由分子氧進(jìn)行補(bǔ)充。由于Keggin型雜多酸陰離子結(jié)構(gòu)的特殊性,具有很強(qiáng)的接受電子的能力,當(dāng)TiO2納米粒子表面修飾雜多酸陰離子后,導(dǎo)致粒子吸收光子產(chǎn)生的電子被雜多酸陰離子所捕獲,從而降低電子 空穴對(duì)的重新復(fù)合的幾率,進(jìn)而提高TiO2納米粒子光催化的效率。 本文研究思路本文采用溶膠凝膠法制備K3PW12O40/TiO2復(fù)合催化劑，并運(yùn)用紅外光譜、紫外可見(jiàn)光譜和X射線衍射等對(duì)催化劑進(jìn)行表征。在紫外光照射下，以有機(jī)污染物羅丹明6G光催化降解目標(biāo)，考察催化劑的光催化活性。 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線K3PW12O40/TiO2光降解羅丹明6GTiO2溶膠前驅(qū)體的制備K3PW12O40/TiO2 光催化劑的制備進(jìn)行FTIR 表征進(jìn)行UV表征進(jìn)行FTIRXRD表征第二章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器 實(shí)驗(yàn)藥品鈦酸四丁酯（AR ,98%，無(wú)錫市展望化工試劑有限公司）；過(guò)氧化氫（H2O2，30%，中外合資上海遠(yuǎn)大過(guò)氧化物有限公司）；磷鎢酸（上海振興試劑廠）；羅丹明6G（配制濃度為：106mol/L,沈陽(yáng)試劑五廠）；氯化鉀（ AR 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；以上試劑均為分析純。二次蒸餾水：采用1810B石英自動(dòng)雙重純水蒸餾器水純化系統(tǒng)制備。 實(shí)驗(yàn)儀器磁力加熱攪拌器，江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；超聲波清洗器，SB5200 上海儀器廠；高速離心機(jī)，Anke TGL16C；傅立葉變換紅外光譜儀，NEXUS870，Nicolet Instrument Corperation, USA；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），掃描范圍：200～800nm，采用間隔：1nm，掃描速度：中速，光度模式：Abs；X射線衍射儀，Y4Q，丹東射線儀器工業(yè)公司；掃描電子顯微鏡，S4800，日本日立公司； 電子天平，AB140N，MettlerToledo Group,Shanghai；馬弗爐，江蘇電分析儀器廠。 實(shí)驗(yàn)步驟 TiO2與磷鎢酸鉀復(fù)合光催化劑的制備=1的溶液A，將約15滴的鈦酸四丁酯滴加入到 A 中，邊加邊攪拌，攪拌至澄清液。（H3PW12O40），充分?jǐn)嚢杌旌稀?KCl)溶液滴加到上述溶液中，水浴加熱攪拌8小時(shí)后靜置1h，于450℃烘箱烘烤3h后取出，得到TiO2與磷鎢酸鉀復(fù)合光催化劑。稱取1克K3PW12O40/TiO2光催化劑，將其加入2mlH2O2和40ml 106mol/L羅丹明6G，在150W紫外燈照射下，燈距10厘米，每隔5分鐘取一次樣，進(jìn)行紫外可見(jiàn)光譜測(cè)試，來(lái)探究其光催化效果。第三章 結(jié)果與討論 FTIR表征圖1中，a表示TiO2的FTIR譜，1624cm1為吸附水的OH彎曲振動(dòng)特征峰，表明TiO2中有表面羥基存在；1389cm1處出現(xiàn)的弱峰為T(mén)iOH的特征吸收峰；724cm1出現(xiàn)的寬峰主要是TiO鍵伸縮振動(dòng)。在760600cm1處的TiO鍵伸縮振動(dòng)寬峰，會(huì)因?yàn)闊崽幚頊囟鹊纳撸琓iO2顆粒尺寸變大而變成一個(gè)寬而平的吸收帶；熱處理溫度繼續(xù)升高時(shí)，TiO2發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，出現(xiàn)金紅石相時(shí)，TiO鍵伸縮振動(dòng)峰會(huì)銳化，并出現(xiàn)分裂。因此，由圖可知純TiO2催化劑為銳鈦礦型。b表示K3PW12O40的FTIR譜,K3PW12O40在指紋區(qū)1100700cm1有Keggin結(jié)構(gòu)多金屬氧酸鹽的4個(gè)特征吸收峰，分別為1078cm1 (POW)，987cm1 (W=O),885cm1 (WOW)和812cm1（WOW）,表明K3PW12O40具有Keggin結(jié)構(gòu)。1620cm1為吸附
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