本文關(guān)鍵詞：硼酸根和雜多酸修飾二氧化鈦的光催化反應(yīng)及機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 光催化 二氧化鈦 鐵取代磷鎢雜多酸 硼酸根 苯酚降解 空穴轉(zhuǎn)移 電子轉(zhuǎn)移

【摘要】：采用半導(dǎo)體光催化技術(shù)降解環(huán)境中的有機(jī)污染物是一種高效、清潔的方法。在眾多的光催化劑中,Ti02因其高效、穩(wěn)定、清潔、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。但是,Ti02的光催化量子效率依然很低,還難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。本論文主要采用硼酸根(B4072-)和鐵取代的磷鎢雜多酸(PW11Fe)表面修飾Ti02,顯著地提高了光催化降解水中有機(jī)物的活性,并提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。具體內(nèi)容分為以下兩個(gè)部分：第一部分,考察了Na2B4O7對(duì)Ti02光催化反應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)B4072-可以顯著提高光催化降解苯酚的活性。例如,在pH=7.0和B4072-濃度為8.0 mM時(shí),苯酚降解的速率常數(shù)是單獨(dú)Ti02體系的3.22倍。這種促進(jìn)作用也出現(xiàn)在光催化降解2,4-二氯苯酚、光催化產(chǎn)生OH自由基、光催化分解H202和在苯酚存在下光催化還原六價(jià)鉻的反應(yīng)過程中。根據(jù)B4072-濃度和溶液初始pH值的影響,發(fā)現(xiàn)B4072-導(dǎo)致的苯酚降解速率的提高不僅取決于硼酸根的吸附量,還取決于硼酸根的結(jié)構(gòu)。光電化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明,B4072-能加快苯酚氧化,但不能加快水氧化。開路電位實(shí)驗(yàn)和線性掃描伏安實(shí)驗(yàn)表明,B4072-減慢了Ti02導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移,并使平帶電位負(fù)移81mV。因此,我們認(rèn)為B4072-首先被Ti02的光生空穴氧化,生成了一種硼酸根自由基。然后,這種硼酸根自由基氧化苯酚,而重新生成硼酸根。由于Ti02的光生電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生和消耗,B4072-促進(jìn)空穴轉(zhuǎn)移至苯酚的同時(shí)也促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移到02。這種相互作用將顯著提高Ti02的電荷分離效率,從而加快了目標(biāo)有機(jī)物的氧化。第二部分,通過文獻(xiàn)方法合成鐵取代的磷鎢雜多酸(PW11Fe),再以苯酚及2,4-二氯苯酚作為底物,研究了PW11Fe表面修飾對(duì)Ti02光催化降解有機(jī)物的影響。研究發(fā)現(xiàn)在pH 2-7的范圍內(nèi),PW11Fe/TiO2的光催化活性明顯高于單獨(dú)Ti02,這對(duì)實(shí)際處理中酸性至中性的有機(jī)廢水有重要意義。隨著PW11Fe的濃度增加,苯酚降解速率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),最佳PW11Fe修飾濃度為2 mM。此外,在苯酚降解過程中,羥基化中間產(chǎn)物的生成量明顯增加。通過N2條件下的苯酚降解實(shí)驗(yàn),初步證明PW11Fe能夠促進(jìn)Ti02導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移給02,進(jìn)而提高光生載流子的分離效率,加速有機(jī)物降解。
【關(guān)鍵詞】：光催化 二氧化鈦 鐵取代磷鎢雜多酸 硼酸根 苯酚降解 空穴轉(zhuǎn)移 電子轉(zhuǎn)移
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-52
• 1.1 光催化概述13-14
• 1.2 半導(dǎo)體光催化原理14-16
• 1.3 光催化反應(yīng)的影響因素16-20
• 1.3.1 光強(qiáng)的影響16
• 1.3.2 催化劑的性質(zhì)和濃度的影響16-17
• 1.3.3 底物性質(zhì)和濃度的影響17
• 1.3.4 溶液pH的影響17-18
• 1.3.5 反應(yīng)溫度的影響18-19
• 1.3.6 電子捕獲劑的影響19
• 1.3.7 無機(jī)離子的影響19-20
• 1.4 TiO_2光催化概述20-27
• 1.4.1 TiO_2的晶型結(jié)構(gòu)20-21
• 1.4.2 TiO_2的合成21-23
• 1.4.3 TiO_2的光催化活性及其改進(jìn)方法23-27
• 1.5 TiO_2表面的陰離子修飾27-29
• 1.6 雜多酸概述29-33
• 1.6.1 雜多酸及鐵取代雜多酸的結(jié)構(gòu)30-31
• 1.6.2 鐵取代磷鎢雜多酸的合成31
• 1.6.3 雜多酸的光化學(xué)性質(zhì)31-32
• 1.6.4 雜多酸及鐵取代雜多酸在TiO_2光催化領(lǐng)域的應(yīng)用32-33
• 1.7 論文選題依據(jù)及思路33-34
• 參考文獻(xiàn)34-52
• 第二章 B_4O_7~(2-)表面修飾TiO_2提高光催化降解有機(jī)物活性及機(jī)理52-81
• 2.1 引言52-53
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分53-56
• 2.2.1 主要材料和試劑53
• 2.2.2 催化劑的表征53-54
• 2.2.3 光催化實(shí)驗(yàn)與分析54
• 2.2.4 吸附實(shí)驗(yàn)54-55
• 2.2.5 鉻還原實(shí)驗(yàn)的測(cè)定55
• 2.2.6 活性物種的檢測(cè)55-56
• 2.2.7 光電化學(xué)實(shí)驗(yàn)56
• 2.3 結(jié)果與討論56-74
• 2.3.1 催化劑表征56-57
• 2.3.2 光催化降解有機(jī)物57-61
• 2.3.3 B_4O_7~(2-)濃度及pH的影響61-64
• 2.3.4 不同離子影響的比較64-66
• 2.3.5 鉻還原實(shí)驗(yàn)66-67
• 2.3.6 活性物種的測(cè)定67-69
• 2.3.7 光電化學(xué)實(shí)驗(yàn)69-72
• 2.3.8 反應(yīng)機(jī)理探討72-74
• 2.4 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 第三章 鐵取代磷鎢雜多酸表面修飾TiO_2光催化降解有機(jī)物活性的初步研究81-94
• 3.1 引言81-82
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分82-83
• 3.2.1 主要材料和試劑82
• 3.2.2 鐵取代磷鎢雜多酸的合成82-83
• 3.2.3 催化劑的表征83
• 3.2.4 光催化實(shí)驗(yàn)與分析83
• 3.3 結(jié)果與討論83-90
• 3.3.1 催化劑表征83-84
• 3.3.2 光催化降解有機(jī)物84-87
• 3.3.3 PW_(11)Fe濃度及pH的影響87-88
• 3.3.4 N_2條件下的苯酚降解實(shí)驗(yàn)88-89
• 3.3.5 空氣和N_2條件下苯酚降解實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力學(xué)分析89-90
• 3.4 結(jié)論90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 第四章 結(jié)論與展望94-96
• 4.1 研究結(jié)論94-95
• 4.2 展望95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的學(xué)術(shù)論文96-97
• 致謝97

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