TiO₂光催化技術(shù)在污水處理、空氣凈化、太陽能利用、抗菌、防霧和自潔凈等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本論文針對目前仍備受爭議的光催化機理初始反應(yīng)步驟,包括反應(yīng)活性氧化物種(光生空穴、羥基自由基、超氧自由基、過氧化氫等)的貢獻;表面羥基基團的作用;關(guān)于反應(yīng)位點、吸附的作用;以及光催化實際應(yīng)用所面臨催化劑易失活等關(guān)鍵問題,通過考察催化劑TiO₂(Degussa P25)在光催化降解模型有機污染物的降解動力學(xué)行為,系統(tǒng)研究了光催化初始步驟反應(yīng)機理: (1)光催化初始反應(yīng)步驟是羥基自由基為主還是空穴直接氧化為主,反應(yīng)發(fā)生在催化劑表面還是溶液中,目前還存在爭議。光催化作為高級氧化技術(shù)中的一種,一般的觀點認為羥基自由基是起決定作用的活性物種。本實驗首先系統(tǒng)研究了TiO₂光催化降解偶氮染料OⅡ中各活性物種(光生空穴、羥基自由基、超氧自由基、過氧化氫等)在反應(yīng)過程中的貢獻,提出了OⅡ空穴直接氧化機理:陰離子型的OⅡ分子能夠在TiO₂內(nèi)層表面形成強吸附,可以優(yōu)先于表面羥基基團或水分子俘獲光生空穴,反應(yīng)主要發(fā)生在催化...

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    §1.1 TiO₂光誘導(dǎo)反應(yīng)活性及其應(yīng)用
    §1.2 TiO₂光催化反應(yīng)基本原理
    §1.3 有機污染物TiO₂光催化技術(shù)的研究前沿領(lǐng)域
        §1.3.1 光催化反應(yīng)機理研究的幾點爭論
            §1.3.1.1 關(guān)于表面羥基基團
            §1.3.1.2 關(guān)于反應(yīng)活性物種
                §1.3.1.2.1 羥基自由基
                §1.3.1.2.2 價帶空穴
                §1.3.1.2.3 超氧自由基和過氧化氫
            §1.3.1.3 關(guān)于吸附作用及反應(yīng)位點
        §1.3.2 實際應(yīng)用所必須解決的幾個關(guān)鍵問題
            §1.3.2.1 TiO₂光量子效率的提高與光激發(fā)波長的拓展
            §1.3.2.2 TiO₂光催化劑的易失活性
            §1.3.2.3 TiO₂光催化劑負載化
        §1.3.3 提高光催化效率的幾種途徑
            §1.3.3.1 催化劑表面的非金屬改性
            §1.3.3.2 光催化臭氧化
            §1.3.3.3 光電催化
    §1.4 本論文選題意義與研究內(nèi)容
        §1.4.1 選題思路
        §1.4.2 研究內(nèi)容
第二章 光催化的空穴直接氧化機理
    §2.1 引言
    §2.2 光催化初始步驟
    §2.3 實驗材料與方法
        §2.3.1 實驗材料
        §2.3.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
        §2.3.3 分析方法
        §2.3.4 反應(yīng)動力學(xué)
    §2.4 結(jié)果與討論
        §2.4.1 羥基自由基和光生空穴的作用
            §2.4.1.1 醇在光催化反應(yīng)機理研究中的應(yīng)用
            §2.4.1.2 異丙醇對MB和OⅡ光催化的影響
            §2.4.1.3 醇的種類和濃度對OⅡ光催化的影響
            §2.4.1.4 碘離子對OⅡ光催化的影響
            §2.4.1.5 EDTA對OⅡ光催化的影響
            §2.4.1.6 反應(yīng)溶劑對OⅡ光催化的影響
        §2.4.2 還原半反應(yīng)的作用
        §2.4.3 空穴直接氧化機理
    §2.5 本章小結(jié)
第三章 TiO₂表面陰離子改性
    §3.1 引言
    §3.2 實驗材料與方法
        §3.2.1 實驗材料
        §3.2.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
        §3.2.3 分析方法
    §3.3 結(jié)果與討論
        §3.3.1 TiO₂表面陰離子改性
            §3.3.1.1 陰離子對吸附的影響
            §3.3.1.2 陰離子對反應(yīng)過程的影響
        §3.3.2 C₂O4
2-改性體系
        §3.3.3 HCO3
-改性體系
        §3.3.4 SO4
2-改性體系
        §3.3.5 F^-改性體系
            §3.3.5.1 F^-對MB和OⅡ紫外光催化降解的影響
            §3.3.5.2 F^-對I^-紫外光催化氧化的影響
            §3.3.5.3 F^-對OG紫外光和可見光光催化降解的影響
        §3.3.6 吸附與光催化
    §3.4 本章小結(jié)
第四章 光催化反應(yīng)機理的可變性
    §4.1 引言
    §4.2 實驗材料與方法
        §4.2.1 實驗材料
        §4.2.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
        §4.2.3 等溫吸附實驗
        §4.2.4 分析方法
    §4.3 結(jié)果與討論
        §4.3.1 空穴機理相對比例(p_h)
        §4.3.2 機理可變性
            §4.3.2.1 SO4
2-—TiO₂體系
            §4.3.2.2 HCO3
-—TiO₂體系
            §4.3.2.3 F^-—TiO₂體系
        §4.3.3 吸附能力與反應(yīng)機理
    §4.4 本章小結(jié)
第五章 F^-與SO4
2-的TiO₂表面改性機理
    §5.1 引言
    §5.2 實驗材料與方法
        §5.2.1 實驗材料
        §5.2.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
        §5.2.3 分析方法
    §5.3 結(jié)果與討論
        §5.3.1 對催化劑失活的屏蔽作用
            §5.3.1.1 鄰苯二甲酸體系
            §5.3.1.2 腐殖酸體系
            §5.3.1.3 β-環(huán)糊精體系
        §5.3.2 對光催化還原半反應(yīng)的影響
            §5.3.2.1 對生成超氧離子自由基的影響
            §5.3.2.2 對生成過氧化氫的影響
            §5.3.2.3 關(guān)于速控步驟
            §5.3.2、4 TiO₂光催化及表面改性機理
    §5.4 本章小結(jié)
第六章 鹵素自由基參與的光催化反應(yīng)機理
    §6.1 引言
    §6.2 實驗材料與方法
        §6.2.1 實驗材料
        §6.2.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
        §6.2.3 分析方法
    §6.3 結(jié)果與討論
        §6.3.1 氯離子參與光催化
            §6.3.1.1 氯離子對MB光催化的影響
            §6.3.1.2 氯離子對OⅡ光催化的影響
            §6.3.1.3 氯離子參與光催化反應(yīng)分析
        §6.3.2 OⅡ光催化氯自由基機理
            §6.3.2.1 氯離子濃度變化
            §6.3.2.2 異丙醇和碘化鉀的影響
            §6.3.2.3 F^--TiO₂體系
            §6.3.2.4 HCO3
--TiO₂體系
            §6.3.2.5 pH的影響
            §6.3.2.6 反應(yīng)氣氛的影響
            §6.3.2.7 Cr(Ⅵ)的影響
        §6.3.3 溴離子參與光催化
        §6.3.4 陰離子自由基參與的光催化反應(yīng)機理
    §6.4 本章小結(jié)
第七章 TiO₂膜電極光電催化降解OⅡ
    §7.1 前言
    §7.2 實驗材料與方法
        §7.2.1 實驗材料
        §7.2.2 反應(yīng)裝置與實驗過程
            §7.2.2.1 降解實驗
            §7.2.2.2 TiO₂膜電極的制備
        §7.2.3 分析方法
    §7.3 結(jié)果與討論
        §7.3.1 TiO₂膜電極的制備
            §7.3.1.1 煅燒溫度的影響
            §7.3.1.2 添加劑的影響
        §7.3.2 光電催化降解金橙Ⅱ
            §7.3.2.1 光電催化協(xié)同效應(yīng)
            §7.3.2.2 外加電壓影響
            §7.3.2.3 pH值影響
            §7.3.2.4 支持電解質(zhì)的影響
    §7.5 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論、創(chuàng)新點和建議
    §8.1 主要結(jié)論
        §8.1.1 光催化的空穴直接氧化機理以及反應(yīng)機理的可變性
        §8.1.2 TiO₂表面陰離子改性以及表面改性機理
        §8.1.3 陰離子自由基參與的光催化反應(yīng)機理
    §8.2 創(chuàng)新點
    §8.3 建議
參考文獻
圖表目錄
攻讀博士期間發(fā)表和撰寫的主要學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3825945

boshi