TiO2纳米管的改性及其电助光催化还原高氯酸盐的研究

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TiO2纳米管阵列由于比表面积大、光生电子传导速率快、易施加偏压、介电性能优良等优点,被广泛应用于电助光催化体系中。可与传统TiO2催化剂一样,TiO2纳米管阵列存在光能利用率低和光生电子空穴对易于复合的缺点,这在一定程度上限制了其应用。与此同时,作为环境介质中广泛存在的高氯酸盐,由于对其毒理研究的进展和人体健康限值标准的进展,如何将其有效地去除正成为国内外的研究热点。基于此,本文采用N、Ag对TiO2纳米管进行了改性以提高其光催化性能。并以此为电助光催化的光阳极,进行了对高氯酸盐的还原去除。本文采用阳极氧化法制备得光催化性能良好的TiO2纳米管,2h对O2/L的RhB的降解率为67%。然后采用电化学法对TiO2纳米管进行掺N改性,即通过在阳极氧化的电解液中分别添加硝酸铵和尿素这两种氮源,在生成TiO2纳米管的过程中引入氮元素。实验表明,无论是以硝酸铵还是尿素为N源,这种简单的掺氮法均成功地将N掺入了TiO2纳米管中。以1wt%的硝酸铵为前驱液时,可见光催化效果最佳,2h在可见光下对O2/L的RhB的降解率达到24.5%,N最佳掺杂量为1.09at%。接着,采用光还原沉积法成功地将Ag负载到TiO2纳米管上。探究得实验的最佳制备条件为:10mmol/L的AgNO3溶液为前驱液,并于500oC进行二次煅烧,最佳负载量为12.01wt%。较纯TiO2纳米管,其对5mg/L的RhB的降解率2h后提高了33.5%。最后,结合两种方法成功地对TiO2纳米管进行了N、Ag共掺杂改性。可见光下,N/Ag-TNTs对O2/L的RhB的2h降解率较1N-TNTs提高了6.1%;紫外光下,N/Ag-TNTs对RhB的降解率较1N-TNTs提高了9%。共掺杂的TiO2纳米管的可见光催化性能和紫外光催化性能均优于单因素的改性TiO2纳米管。通过制备的掺杂型TiO2纳米管,构建了电助光催化还原体系对高氯酸盐进行还原。当以20mm3100mm的N/Ag-TNTs光催化剂为光阳极,等面积Ti网为光阴极,10-6mol/L的高氯酸盐为目标污染物、0.15mmol/L的柠檬酸为空穴捕获剂和1mmol/L的NaCl以增强溶液导电性,并通过直流电源施加偏压值1.5V,两个8W汞灯为紫外光源,溶液pH为3.6,反应过程持续通N2保持无氧条件,反应最佳。6h对100μg/L的高氯酸根的去除率达62%。实验表明,电助光催化技术能还原高氯酸盐。这为高氯酸盐的去除提供了一种新的可能性。
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