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-閱讀頁(yè)
2025-07-12 21:31本頁(yè)面
【正文】 過(guò)氣焰高溫加熱金屬鈦制備CMnTiO2,發(fā)現(xiàn)明顯改變TiO2對(duì)可見(jiàn)光吸收特性。性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)吸收光譜發(fā)生紅移,說(shuō)明催化效果明顯優(yōu)于純TiO2。分析原因可能為:(1)C摻雜可能使帶隙變窄,價(jià)帶高能級(jí)向上移動(dòng),從而使氧化能力降低,而N摻雜則不發(fā)生這種情況。YuJC等[16]在NF4H2O混合液中水解四異醇鈦,制備高催化活性的納米晶催化劑。空氣中降解丙酮發(fā)現(xiàn),該催化劑催化活性超過(guò)P25,且?guī)秾挾让黠@降低,在紫外可見(jiàn)光范圍內(nèi)表現(xiàn)強(qiáng)烈吸收性。(2)F摻雜使Ti4+通過(guò)電荷補(bǔ)償轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)i3+,而Ti3+表面態(tài)捕獲光生電子轉(zhuǎn)移至O2吸附在TiO2表面,減少電子空穴復(fù)合, 提高光催化活性。WangJS[18]等深入分析光催化活性提高。(2)F摻雜有效增加電子活動(dòng)能力,使SrTiO3具有較大比表面積和較小粒徑。文獻(xiàn)[20]指出,金屬摻雜增加電子空穴復(fù)合位,降低紫外區(qū)域光催化活性。目前,TiO2摻雜研究存在以下問(wèn)題:(1)光催化或能量轉(zhuǎn)化效率仍然較低。(3)TiO2以其穩(wěn)定、廉價(jià)和對(duì)環(huán)境友好而備受關(guān)注,然而這樣人為制造晶格缺陷對(duì)催化劑穩(wěn)定性是否影響,目前還不很清楚。這些具體問(wèn)題都極大限制TiO2摻雜規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用,所以TiO2摻雜仍待進(jìn)一步深入研究[21，22]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),鉬、鎢等元素的雜多酸光照下具有光催化氧化作用。羅丹明B是一種有代表的堿性染料,在染料的生產(chǎn)使用中,產(chǎn)生大量堿度高、色澤深、臭味大的廢水對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和飲用水造成相當(dāng)大的危害。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]。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。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。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。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)。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。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。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。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。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。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。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)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。(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。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)。因此，由圖可知純TiO2催化劑為銳鈦礦型。1620cm1為吸附水的OH彎曲振動(dòng)特征峰，這兩個(gè)弱峰說(shuō)明K3PW12O40含水量少，與H3PW12O40相比，其不易吸水。表明K3PW12O40 與TiO2復(fù)合后發(fā)生了相互作用，使復(fù)合催化劑K3PW12O40/TiO2中有較多的表面羥基存在。在1076cm1，987cm1，887cm1，813cm1處出現(xiàn)了K3PW12O40的Keggin結(jié)構(gòu)多金屬氧酸鹽的4個(gè)特征峰，表明復(fù)合后K3PW12O40的Keggin結(jié)構(gòu)未被破壞。分別與H3PW12O40（JCPDS，500657）和TiO2（JCPDS，791936）的粉末衍射卡相對(duì)照，圖中代表 TiO2六個(gè)衍射峰，176。176。176。分別對(duì)應(yīng)于脫鈦礦相TiO2的（101）、（211）、（004）、（200）、（211）、和（204）晶面。176。176。176。, 分別對(duì)應(yīng)于H3PW12O40的（110）、（200）、（211）、（220）、（310）、（222）和（510）晶面。圖3. K3PW12O40/TiO2的SEM譜圖 光降解實(shí)驗(yàn)的紫外可見(jiàn)吸收光譜分析為了研究K3PW12O40/TiO2對(duì)羅丹明6G的脫色降解作用，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)羅丹明6G特征吸收峰強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律，羅丹明6G的特征吸收峰在526nm處，圖4是K3PW12O40/TiO2作用下隨紫外照射而脫色降解過(guò)程的紫外可見(jiàn)光譜圖。在同時(shí)伴有K3PW12O40/TiO2條件下，它的降解過(guò)程就大大的加快了，圖2中的曲線從上而下是時(shí)間間隔為5min，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行30min后，羅丹明6G特征吸收峰強(qiáng)度已經(jīng)消失了，在紫外光照射下， K3PW12O40/TiO2的催化是明顯。圖4. K3PW12O40/TiO2光降解羅丹明6G的UVVis光譜圖圖5. 羅丹明6G吸收強(qiáng)度隨時(shí)間變化圖結(jié) 論采用溶膠凝膠法制備了K3PW12O40/TiO2光催化劑,經(jīng)分析測(cè)試表明，二氧化鈦為銳鈦礦型,磷鎢酸仍保持其Keggin結(jié)構(gòu)的基本骨架,二氧化鈦與磷鎢酸鉀二者之間存在著較強(qiáng)的相互作用。在太陽(yáng)光條件下降解工業(yè)污染物, 具有操作簡(jiǎn)便, 且K3PW12O40/TiO2復(fù)合光催化劑可重復(fù)利用，具有適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn),有較好的潛在應(yīng)用前景。導(dǎo)師對(duì)于論文選題給予了最大的理解和支持，對(duì)于我的生活也給予了很多幫助。我愿借此機(jī)會(huì)向我的導(dǎo)師謝安建教授表示我最衷心的感謝。感謝實(shí)驗(yàn)室的孔祥泰等老師，劉三先，馬靜等師兄師姐們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中給予的關(guān)懷和照顧。再次向關(guān)心、支持和幫助過(guò)本論文工作的所有人致謝！ 徐喆 2008
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