活性炭负载TiO2光催化降解单宁酸的研究

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近年来,随着生存环境的恶化,用半导体光催化剂光降解污染物技术引起了人们巨大的关注。由于TiO2具有化学稳定性好、光催化效率高,成本低、无毒等优点。已成为国内外环境科学工作者的研究热点。由于普通粉末状TiO2在使用过程中存在光活性不高、分离与回收困难以及产生二次污染等问题,因此TiO2改性逐渐成为新的研究热点。本论文以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶-凝胶水解法合成TiO2和TiO2/AC复合光催化剂,实现了吸附性能和光催化性能的有机结合,研究了AC修饰对TiO2形态结构及光催化活性的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)测试技术对复合光催化剂的晶相结构、表面形貌进行表征。本文以单宁酸为目标降解物,研究了光催化剂活性炭负载TiO2(TiO2/AC)对单宁酸的降解效果。详细考察了负载量、热处理温度、溶液pH值、光催化剂用量、光源、溶液的初始浓度等因素对单宁酸降解效率的影响。结果表明:(1)活性炭作为载体可以大大提高TiO2的光催化性能。(2)活性炭负载TiO2光催化剂对单宁酸的降解作用优于纯TiO2的降解作用。(3)在不同煅烧温度下制备光催化剂,研究发现,煅烧温度太低,不能牢固地负载,易脱落;煅烧温度太高,粒子易长大及膜的收缩龟裂,使负载效果和光催化活性降低。结合煅烧温度对晶型结果的影响,TiO2在450℃时已基本转变为锐钛矿相,焙烧温度=500℃时TiO2晶型为锐钛型和金红石型的混合晶型。实验结果表明,450℃下制备的光催化剂TiO2/AC对单宁酸的降解效率最佳,当溶液为中性,250w紫外线高压汞灯降解30min后单宁酸的降解率达93.8%。(4)随着溶液pH值的变化,光催化剂TiO2/AC对单宁酸的降解表现出明显的差异,弱酸或强酸下降解效率偏低,实验证明pH为3时降解效果最好。(5) TiO2负载量的不同,降解率有明显的变化。实验证明当负载量为33.5%时,连续光照30min,单宁酸溶液的降解率达到了98.14%。(6)催化剂的添加浓度过高,体系的透光率下降,导致降解率下降。因此,当单宁酸溶液浓度为50mg/L、溶液体积为500mL,250w的紫外灯照射30min,催化剂的最佳用量为0.3mg/L。(7)以相同质量的光催化剂TiO2/AC分别在四种光源的作用下做比较,考察催化剂的催化效果。实验表明,降解30min后,降解率大小顺序为:250w紫外光>30w紫外光>自然光、无光(暗室中)。
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