本文關(guān)鍵詞：全天候光催化反應(yīng)器的研制及其應(yīng)用于有機(jī)污染物降解，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光催化是一門集物理、化學(xué)、材料科學(xué)的跨學(xué)科類綜合學(xué)科,它的原理是半導(dǎo)體材料被入射光激發(fā)之后,產(chǎn)生具有還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴,直接或間接地在半導(dǎo)體表面進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。光催化由于其在能源利用和環(huán)境治理等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體光催化研究的歷史已經(jīng)跨越了半個(gè)世紀(jì),但離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走,主要困難問(wèn)題在于(1)現(xiàn)有的光催化劑對(duì)光的捕獲與利用率差;(2)光生電子和空穴易復(fù)合導(dǎo)致光催化效率差;(3)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用,開(kāi)發(fā)更加高效的光催化反應(yīng)器。所以,目前科學(xué)界研究的重點(diǎn)主要包括:(1)可見(jiàn)光催化劑的設(shè)計(jì),提高對(duì)太陽(yáng)光的利用率,(2)抑制光生電子和空穴的復(fù)合(包括光催化劑的結(jié)構(gòu)裁剪和組成修飾等),提高光催化量子效率,(3)開(kāi)發(fā)光催化新的應(yīng)用領(lǐng)域,如光催化分解水制備氫氣、二氧化碳還原、光催化選擇性氧化、光催化抗菌、光催化殺菌等。集成光催化技術(shù)是提高光催化效率的重要途徑。有文獻(xiàn)報(bào)道,只要在光催化劑上施加1 V以下的偏電壓,就可以很大程度的提高光催化效率。本論文主要針對(duì)光催化處理印染廢水中的瓶頸問(wèn)題,開(kāi)展應(yīng)用于染料廢水處理的研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)新型懸浮式全天候光催化反應(yīng)裝置:反應(yīng)裝置中包括太陽(yáng)能儲(chǔ)存部件(太陽(yáng)能電池板和蓄電池)、紫外燈(無(wú)太陽(yáng)光照時(shí),可繼續(xù)光照)、光催化反應(yīng)部件(以粉末光催化劑為研究對(duì)象,可實(shí)現(xiàn)光催化劑懸浮),裝置中所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池板將日間過(guò)量的太陽(yáng)光能量存儲(chǔ)在蓄電池中,在夜間點(diǎn)亮紫外燈繼續(xù)進(jìn)行光催化,一方面,實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成短波長(zhǎng)的紫外光,提高光催化效率,另一方面,在夜間無(wú)光照時(shí)提供紫外燈光照,實(shí)現(xiàn)全天候光催化。以P-25(商用Ti O2)為光催化劑的研究對(duì)象,以甲基橙(MO)、苯酚(Phenol)、甲基藍(lán)(MB)和羅丹明B(Rh B)作為評(píng)價(jià)降解效率的模擬污染物,用于研究模擬染料廢水在該反應(yīng)裝置中的降解過(guò)程。通過(guò)對(duì)反應(yīng)器基本參數(shù)的優(yōu)化,以達(dá)到最佳光催化反應(yīng)降解條件。(2)針對(duì)懸浮式光催化反應(yīng)裝置需要分離光催化劑的特點(diǎn),采用醇熱法制備高效易分離的Ti O2光催化劑,該二氧化鈦具有較高的比表面積、孔容和孔徑,通過(guò)優(yōu)化合成條件得到滿足實(shí)際降解需求的Ti O2光催化劑。利用SEM、TEM、XRD等手段對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并對(duì)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理以及活性提高的原因進(jìn)行研究與討論。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,該光催化劑成功應(yīng)用于懸浮式全天候光催化反應(yīng)器,并且在模擬和戶外條件下,都獲得了良好的降解活性。(3)設(shè)計(jì)全天候光電催化反應(yīng)器反應(yīng)裝置,反應(yīng)裝置中包括太陽(yáng)能存儲(chǔ)部件(太陽(yáng)能電池板和蓄電池)、紫外燈(無(wú)太陽(yáng)光照時(shí),可繼續(xù)光照)、光催化反應(yīng)部件(以Ti O2光催化電極為研究對(duì)象,可實(shí)現(xiàn)光催化劑固定),該光催化裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是除了可以全天候運(yùn)作,實(shí)現(xiàn)了光催化劑的固定,另一方面可以在光催化電極上施加少量偏壓,可實(shí)現(xiàn)在光催化劑中光生電荷的高效分離,提高其光催化性能包括太陽(yáng)能電池板及紫外燈管,將光電催化劑及紫外燈與太陽(yáng)能電池板連接,太陽(yáng)能電池板于日間持續(xù)吸收和儲(chǔ)存過(guò)剩的光能并轉(zhuǎn)化為電能。一可提供偏壓以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的光電催化;二可通過(guò)供電紫外燈光照,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為短波長(zhǎng)紫外光,提高光催化的效率,并在夜間持續(xù)光照,繼續(xù)光催化反應(yīng)。整個(gè)工作以多個(gè)典型模擬有機(jī)污染物為研究對(duì)象,實(shí)現(xiàn)全天候光催化降解廢水中染料污染物。選擇的光催化劑是通過(guò)陽(yáng)極氧化法制備的在金屬鈦片上負(fù)載陣列Ti O2管為光催化劑光催化電極,并通過(guò)修飾Au納米顆粒提高光催化劑的導(dǎo)電性電極的性能,在施加的偏電壓作用下實(shí)現(xiàn)光電催化,降低光生電子-空穴的復(fù)合率,并提高光催化的效率。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,在施加的偏電壓作用下,全天候光電催化反應(yīng)器成功運(yùn)行裝置研制成功,并且在模擬和戶外真實(shí)條件下,對(duì)模擬有機(jī)污染物染料廢水降解、水解產(chǎn)氫以及二氧化碳還原都取得了良好的光催化活性。(4)設(shè)計(jì)可模塊化組裝的改良版第二代全天候光電催化反應(yīng)器反應(yīng)裝置,擬實(shí)現(xiàn)在自然光和太陽(yáng)能動(dòng)力下的光催化氧化反應(yīng),同時(shí)模塊化的板式組合結(jié)構(gòu)使應(yīng)用更為方便。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型裝置由催化反應(yīng)器、光源系統(tǒng)(太陽(yáng)能電池板和蓄電池)和催化劑載體(陽(yáng)極氧化法制備的在金屬鈦片上負(fù)載陣列Ti O2管為光催化電極)構(gòu)件組成。依然選擇在金屬鈦片上負(fù)載光催化劑,并在施加偏電壓情況下實(shí)現(xiàn)光電催化,以提高光生電子-空穴的分離效率來(lái)提高光催化的效率。設(shè)計(jì)該的反應(yīng)裝置的目的是器降低了運(yùn)行過(guò)程中入射光的損耗,通過(guò)控制光所要穿透的液層厚度,確保鈦片光催化劑電極上負(fù)載的光催化劑能夠獲得更為充分的光照,克服染料廢水色度有機(jī)模擬污染物和溶劑水對(duì)光照射光催化劑時(shí)產(chǎn)生的“屏蔽效應(yīng)”。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝便捷、節(jié)能高效的特點(diǎn)。反應(yīng)裝置與紫外光部件的多重單元組合,提高了系統(tǒng)流程和場(chǎng)地的適用范圍(不同因子的多級(jí)反應(yīng)、不規(guī)則工作場(chǎng)地的應(yīng)用等)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電并驅(qū)動(dòng)直流型氣泵和紫外燈,不僅低壓安全可靠,而且避免了裝備在使用時(shí)的電纜拖累和材料浪費(fèi)。
【關(guān)鍵詞】：全天候光催化反應(yīng)器反應(yīng)裝置 新型TiO2光催化劑 TiO2光催化電極 光電催化 模塊化組裝
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;TQ052
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 前言11-19
• 1.1 光催化技術(shù)的研究背景11
• 1.2 半導(dǎo)體光催化的應(yīng)用概述11-12
• 1.3 TiO_2光催化概述12-13
• 1.4 光催化反應(yīng)器的研究概述13-17
• 1.4.1 提高光的利用率的光催化反應(yīng)器13-14
• 1.4.2 提高光催化劑利用率的光催化反應(yīng)器14-15
• 1.4.3 提高光的透過(guò)性的光電催化反應(yīng)器（轉(zhuǎn)盤膜）15-17
• 1.5 立題依據(jù)17-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分19-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器19-20
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與原料19-20
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器20
• 2.2 催化劑的制備20-21
• 2.2.1 多孔單晶TiO_2樣品的制備20-21
• 2.2.2 Au/TiO_2-NTs納米管陣列的制備21
• 2.3 全天候光（電）催化反應(yīng)裝置的搭建21-23
• 2.4 光催化性能測(cè)試23-24
• 第三章 全天候光催化反應(yīng)器研制及其性能研究24-36
• 3.1 引言24-25
• 3.2 結(jié)果與討論25-35
• 3.2.1 全天候光催化反應(yīng)器的反應(yīng)條件優(yōu)化25-27
• 3.2.2 全天候光催化反應(yīng)器戶外實(shí)測(cè)27-28
• 3.2.3 反應(yīng)器光催化劑的優(yōu)化28-35
• 3.2.4 全天候光催化反應(yīng)器戶外實(shí)測(cè)35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第四章 全天候光電催化反應(yīng)器36-51
• 4.1 引言36
• 4.2 結(jié)果與討論36-50
• 4.2.1 光電催化材料分析36-37
• 4.2.2 全天候光電催化反應(yīng)器的反應(yīng)條件優(yōu)化37-40
• 4.2.3 反應(yīng)器的光電催化性能研究40-42
• 4.2.4 模擬太陽(yáng)光活性測(cè)試42-43
• 4.2.5 全天候光電催化反應(yīng)器戶外實(shí)測(cè)43-45
• 4.2.6 全天候光電催化反應(yīng)器應(yīng)用于產(chǎn)氫還原反應(yīng)45-47
• 4.2.7 全天候光電催化反應(yīng)器應(yīng)用于CO2還原反應(yīng)47-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 第二代全天候光電催化反應(yīng)器51-54
• 5.1 引言51
• 5.2 結(jié)果與討論51-53
• 5.2.1 光的透過(guò)率隨溶液厚度的變化51-52
• 5.2.2 第二代全天候光電催化反應(yīng)器的搭建52-53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 第六章 結(jié)論與展望54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 致謝60-61
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果61-62
• 附件62

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 林少華;李田;;固定膜太陽(yáng)能光催化反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀與展望[J];工業(yè)用水與廢水;2005年06期

2 張凌云;張東翔;黎漢生;;廢水處理光催化反應(yīng)器研究進(jìn)展[J];水資源保護(hù);2006年04期

  本文關(guān)鍵詞：全天候光催化反應(yīng)器的研制及其應(yīng)用于有機(jī)污染物降解，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：316906