本文關(guān)鍵詞：復(fù)合納米管光催化降解微環(huán)境苯系物的實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管 光催化降解 苯系物 降解率 礦化率

【摘要】：微環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)污染嚴(yán)重危害了人體健康,而苯系物(Monoaromatic hydrocarbons,MACHs)是VOCs的主要組成部分,有效處理空氣中的苯系物污染有著重要意義。半導(dǎo)體二氧化鈦(TiO_2)由于具有價(jià)格便宜、對人體無害、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用作光催化劑,且光催化法降解微環(huán)境中有機(jī)物具有反應(yīng)條件溫和的優(yōu)勢,但存在可見光利用率低和光催化效率低的問題,如何提高光催化材料的可見光響應(yīng)、光催化效率是光催化研究領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的課題。以TiO_2納米管陣列膜作為基體來制備復(fù)合納米材料應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解也吸引了國內(nèi)外眾多研究者的目光。圍繞著這些問題,制備并優(yōu)選了Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管,通過光催化降解實(shí)驗(yàn)研究了苯系物降解歷程及影響苯系物降解率及礦化率的因素。本文具體研究工作如下:(1)以負(fù)載TiO_2納米管的鈦片為基體,分別用陰極沉積法和陰極沉積-陽極氧化法制備Cu_2O/TiO_2和Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管,研究了沉積溫度、沉積時間、攪拌速度對Cu_2O/TiO_2復(fù)合納米管形貌的影響以及鈦片形狀尺寸對Fe_2O_3/TiO_2形貌的影響,并對兩種復(fù)合納米管的光催化性能進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明:溫度為40℃、沉積時間為3min、攪拌速度為180r/min時制得的復(fù)合納米管陣列尺寸、分布均勻,且Cu_2O顆粒均勻分布,但Cu的原子百分比僅為0.07-0.14;利用面積約為12.5cm~2(寬為1cm、半徑為2cm)的環(huán)形鈦片制備的Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管陣列分布均勻、整齊,Fe的原子百分比為1.07-1.74。紫外-可見分光光度法表征發(fā)現(xiàn),在可見光波段(400-760nm)Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管的光吸收效果好于Cu_2O/TiO_2納米管。(2)利用Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米材料對微環(huán)境苯系物進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn),研究了光催化劑用量以及濕度對光催化降解效果的影響,并推斷了降解過程,研究結(jié)果表明:Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管的催化效率較高,光功率密度為0.9W/cm~2、停留時間為10min時,不同的濕度和催化劑用量條件下總苯系物的降解率可以達(dá)到75%-95.3%,其中苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的降解率分別為73%-92.2%、78.3%-95.1%、79.2%-93.9%、79.4%-96.2%、83.2%-96.9%;當(dāng)濕度為60%,光催化劑用量為50 cm~2或62.5 cm~2時,各組分的降解率達(dá)到最高;濕度為0-30%時,催化劑用量為25 cm~2-37.5 cm~2時,各組分的降解率較高;在不同濕度下,苯系物各組分的氧化歷程主要受正水離子及超負(fù)氧離子的數(shù)量影響。(3)利用Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米材料對微環(huán)境苯系物進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)濕度分別為30%、60%、90%,停留時間分別為5min、10min、15min,催化劑用量分別為1片、3片、5片的三因素三水平正交實(shí)驗(yàn),研究三因素對苯、甲苯降解率及礦化率的影響。研究結(jié)果表明:苯在濕度為30%與60%時降解率較高,濕度在90%時不利于苯的降解。甲苯在較高的濕度與較大的停留時間時降解率較高,但濕度從60%變化到90%時降解率變化幅度不大。苯與甲苯的礦化率均在濕度為60%時達(dá)到最大。苯的降解率在72.82%-98.38%之間,礦化率在13.03%-36.94%之間;甲苯的降解率在85.49%-98.69%之間,礦化率在9.03%-44.32%之間�？傊�,本文研究了復(fù)合納米管制備工藝參數(shù)并以此為依據(jù)制備了可見光響應(yīng)性能較好的Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管;通過水平實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了苯系物光催化降解的反應(yīng)歷程,并設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),分別以降解率和礦化率為指標(biāo)優(yōu)選了光催化降解苯系物的工藝參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：Fe_2O_3/TiO_2復(fù)合納米管 光催化降解 苯系物 降解率 礦化率
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X51
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 VOCS污染現(xiàn)狀及危害9-10
• 1.2 控制VOCS污染的方法10-11
• 1.3 光催化劑制備研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 TIO_2基體制備方法及影響因素11-12
• 1.3.2 復(fù)合納米管的制備方法及影響因素12-13
• 1.4 光催化反應(yīng)效率的影響因素研究13-17
• 1.4.1 VOCS的特性13-14
• 1.4.2 環(huán)境因素14-15
• 1.4.3 光催化劑特性15-17
• 1.5 光催化反應(yīng)工藝參數(shù)對反應(yīng)產(chǎn)物的影響17-18
• 1.6 研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-19
• 1.7 研究意義及創(chuàng)新點(diǎn)19-20
• 第2章 復(fù)合納米管的制備與選擇20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分20-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料20-21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器21
• 2.2.3 復(fù)合納米管制備方法21-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-31
• 2.3.1 CU_2O/TIO_2復(fù)合納米管22-27
• 2.3.2 FE_2O_3/TIO_2復(fù)合納米管27-30
• 2.3.3 兩種復(fù)合納米管的比較30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第3章 FE_2O_3/TIO_2復(fù)合納米管光催化降解苯系物的機(jī)理分析33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置33-34
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備34
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法34-35
• 3.3 結(jié)果與討論35-43
• 3.3.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線35-36
• 3.3.2 苯的降解36-38
• 3.3.3 苯的同系物的降解38-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 FE_2O_3/TI_O_2復(fù)合納米管光催化礦化苯系物研究44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分44-45
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及試劑44
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備44-45
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)方法45
• 4.3 結(jié)果與討論45-51
• 4.3.1 苯的降解率與礦化率45-49
• 4.3.2 甲苯的降解率與礦化率49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論與建議52-54
• 結(jié)論52-53
• 建議53-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 致謝61

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本文編號：624698