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纳米TiO2具有光催化活性高、稳定性好、且廉价无毒等诸多优异性能,被广泛应用于有机污染物降解、污水处理、空气净化等领域,成为催化、环境与材料交叉学科的研究热点。针对TiO2吸附废水中有机物能力较弱和粉末TiO2分离难的缺点,本文将TiO2光催化剂负载于活性炭吸附剂上,综合利用了活性炭吸附及TiO2光催化特性,具有富集、浓缩、催化等协同效应,比单纯地将两者进行物理混合的效果要好得多,这是因为污染物可有效被吸附至TiO2表面,在局部形成了较高的浓度,从而提高了光催化效率。
本文以偏钛酸为钛源,采用均匀水解沉淀、程序控温热解,制备了纳米TiO2,并利用同步水解、原位沉淀将其负载在活性炭上,形成负载型光催化剂TiO2/AC。探讨了不同制备条件对复合催化剂的影响,研究了负载量、载体孔径、比表面积、负载型催化剂的用量、目标污染物亚甲基蓝(Methylene Blue,MB)初始浓度、pH值、H2O2辅助添加量等对光催化降解处理模拟亚甲基蓝废水的影响。通过同步物理化学二次活化制备出一系列具有不同比表面积和孔结构的活性炭载体,探讨了载体比表面积和孔径结构等对TiO2负载效果及光催化性能的影响,通过氮气吸附、SEM、XRD、Raman等表征,分析了负载型催化剂的表面形貌、物化性能、晶态结构等。
研究表明TiO2/AC复合光催化剂经过600℃煅烧后,对MB具有最好的光催化性能,在较高的温度条件下仍未发现金红石型TiO2出现,复合催化剂的TiO2的最佳负载量在9.5%左右。随着活性炭载体的比表面积和孔径的增大,光催化效率有明显提高,即活性炭吸附及TiO2光催协同作用增强,并初步研究了其反应动力学,发现TiO2/AC光催化降解MB反应基本符合一级化学反应动力学方程。