【摘要】：二氧化鈦光催化技術在新能源和環(huán)境治理等領域有著重要的應用。一維TiO2納米線具有比表面積大、光生電子空穴對易分離等優(yōu)點,是高性能光催化劑合理的納米結構選擇。本文基于TiO2納米線,利用半導體同質復合技術,以及具有高吸附性能的襯底選擇,進一步提升TiO2光催化降解水中有機污染物的能力。研究工作取得如下主要結果:(1)P25/TiO2納米線分級結構:利用Ti-H2O2-三聚氰胺反應體系,以商用P25納米粉為異質形核中心,誘導沉積核殼納米線分級結構P25/TiO2粉體,P25含量簡單可控。P25含量為17.7 wt.%時,復合粉體具有最佳的光催化活性。紫外光照射下,降解水中苯酚的效率略高于P25納米粉末,是TiO2納米線粉末的3.1倍,是相同組成納米線和P25粉末機械混合樣品的1.5倍。光催化性能的提升可歸因于同質相結引起的協同作用。(2)鈦片基體TiO2納米結構復合薄膜:采用Ti-H2O2反應體系,在鈦片基體沉積準定向排列的TiO2納米棒、納米線和納米花薄膜;采用溶膠-凝膠浸漬提拉工藝,將3-7 wt.%銳鈦礦相TiO2納米顆粒填充到TiO2納米陣列間隙內,經后續(xù)熱處理,得到0D/1D、OD/3D結構TiO2復合薄膜。紫外光照射下催化降解苯酚的實驗結果表明,填充少量銳鈦礦相TiO2溶膠-凝膠納米粒子后,TiO2納米棒、納米線和納米花薄膜的光催化活性分別提升了 76%、136%和26%。光催化性能的提升可歸因于相結引起的協同作用,以及納米顆粒在陣列間隙填充引起的薄膜光催化劑擔載量提高。(3)碳纖維布負載TiO2納米線薄膜:選取碳纖維布為襯底,利用Ti-H2O2-三聚氰胺反應體系制備碳布負載銳鈦礦相TiO2納米線薄膜。通過多次沉積工藝調控薄膜厚度(1.5-4.5μm)。吸附實驗結果顯示,薄膜對羅丹明B、苯酚、磺基水楊酸的吸附符合準二級動力學模型,表明吸附動力學過程主要是受化學作用控制;對羅丹明B和苯酚的吸附屬于“L”型等溫吸附,對磺基水楊酸的吸附行為屬于“S”型等溫吸附,表明薄膜孔結構、表面電荷性質等因素顯著影響其吸附行為。薄膜制備過程碳布所經歷的H2O2處理及后續(xù)熱處理顯著提高了碳布襯底的吸附性能,對羅丹明B、苯酚、磺基水楊酸的飽和吸附量qe分別為0.007、1.018和0.027 mmol/g,是原始碳布的2.3、102和27倍。Ti02納米線覆蓋降低qe值。光催化測試結果表明,厚度為4.5 μm的薄膜對水溶液中的羅丹明B和磺基水楊酸具有最大總去除率。與厚度接近的沉積于金屬鈦片基體的納米線薄膜相比,沉積于碳布襯底的TiO2納米線薄膜的光催化性能有明顯提升。高吸附性能的碳布襯底和Ti02納米線光催化具有協同作用:1)碳布為溶液中的溶質分子提供大量吸附位點,將溶質分子富集在薄膜表面;2)光催化活性位點附近的吸附分子擴散到光催化位點上被降解,脫附后的吸附位點可被重新利用;3)導電碳布使得光生電子能夠從Ti02傳輸到碳布上,促進光生電子空穴對的分離;4)襯底的纖維狀結構大大增加催化劑的有效接觸面積,避免了納米線堆積。上述結果顯示,半導體同質復合和襯底吸附均可以實現“1+12”的協同作用,是推進Ti02光催化技術在污水處理領域產業(yè)化應用的有效策略。
【圖文】：

Ｐｕｒｐｌｅ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ邋Ｔｉ邋ａｔｏｍｓ，邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｂｌｕｅ邋ｏｃｔａｈｅｄｒａ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ邋Ｔｉ0６邋ｂｌｏｃｋｓ．邋Ｏｘｙｇｅｎ邋ａｔｏｍｓ邋ａｔ逡逑ｔｈｅ邋ｃｏｒｎｅｒ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｏｃｔａｈｅｄｒａ邋ａｒｅ邋ｏｍｉｔｔｅｄ邋ｆｏｒ邋ｃｌａｒｉｔｙ逡逑光催化反應包括三個步驟，如圖１．２所示［｜２１。第一步，Ｔｉ０２半導體受到能量逡逑大于禁帶寬度的光激發(fā)產生電子（ｅ＿）和空穴（ｈ＋）；第二步，光生電子與空穴遷逡逑移到Ｔｉ０２表面；第三步，光生電子和空穴分別與吸附在Ｔｉ０２表面的電子受主和逡逑施主作用發(fā)生氧化還原反應，將有機大分子光催化降解為Ｃ０２、Ｈ２０等無機小分逡逑子物質。目前，大部分研究熱點都注重于提高光響應范圍、抑制載流子復合、Ｔｉ０２逡逑表面活化等方面，，從而得到具優(yōu)異光催化性能的Ｔｉ０２材料。逡逑ｔ邋ｉｈ－ｃａｔｉｌｌｙＭ邐＜逡逑．言邐？|!，—邐Ｌ，／逡逑ｍ邋ｉｒ邐ｉｉ邋＇邐，Ｈ邋ｊｒ＾／ｒ逡逑■２邐＊邐ｍ逡逑Ｐｌｉｏｔａｅｘｃｉｉａｔｉｏ

材料所表現出來的性能也有很大不同。逡逑ｓ：．；ｊ邋㈨

本文編號：2614647