新型TiO2復合光催化劑的制備及其處理有機廢水性能研究.pdf

1、水污染問題已成為21世紀影響人類生存與發展的重大問題。傳統的污水處理技術存在著不同程度的耗資大、處理速度慢、凈化不徹底和容易造成再次污染等問題，因此，探索和研究更為經濟和有效的污水處理新技術和新方法已成為國際上廣泛關注的重大課題。光催化氧化技術被認為是最具有應用潛力的污水處理方法之一，已成為該領域的研究熱點。在諸多光催化材料中，TiO2由于具有化學性質穩定、無毒、成本低和抗光腐蝕等優點而被認為是最有應用前景的光催化材料。但TiO2量子效

2、率低，光生電子與空穴容易復合；帶隙能高，僅能吸收太陽光中的紫外部分，導致其光催化效率不高。因此，本論文以提高 TiO2量子效率和拓寬TiO2光譜響應范圍為目的，通過對TiO2進行改性，分別制備了具有高光催化效率的二元或三元 TiO2復合光催化劑，詳細表征了其結構、形貌、表面物理化學性質和光吸收特性，系統研究了其光催化行為，并探討了其處理各種有機廢水光催化活性提高的原因。具體研究內容如下：
　　1.以非離子型表面活性劑為模板劑采用蒸

3、發誘導自組裝(EISA)法，制備了一系列不同WO3含量的有序介孔WO3-TiO2復合材料。通過小角X-射線散射、廣角X-射線衍射、透射電子顯微鏡、比表面及孔特性分析、紫外-可見漫反射光譜、X-射線光電子能譜以及拉曼光譜等測試方法對所制備樣品的孔結構、形貌、表面物理化學性質、光吸收性質和組成結構信息進行了表征。結果表明，該材料呈二維六方p6mm對稱和銳鈦礦晶相結構，與無序WO3-TiO2復合材料相比，其比表面積(152~154 m2/g)

4、更大，孔徑更均一(5.3 nm)，其比純TiO2的帯隙寬度(3.0 eV)更窄。將該 WO3-TiO2樣品用于可見光光催化降解水中有機污染物羅丹明B(RB)和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的反應中，研究表明，當WO3摻雜量為3.49％時，WO3-TiO2復合材料的可見光活性最高。而且，有序介孔WO3-TiO2樣品的可見光光催化活性比無序的樣品和純 TiO2的更高，本文對這種活性提高的原因進行了合理分析。
　　2.以三嵌段非離子

5、表面活性劑 P123為結構導向劑采用直接共縮合溶膠-凝膠結合水熱處理技術，成功制備出了介孔graphene-TiO2復合材料。其晶相結構、形貌、表面物化性質、光吸收性質以及組成結構信息通過 X-射線粉末衍射、透射電鏡、掃描電鏡、比表面及孔特性分析、紫外-可見漫反射、拉曼光譜和X-射線光電子能譜進行了詳細的表征。結果表明，該復合材料呈三維交聯介孔形貌和銳鈦礦與板鈦礦的混合晶相結構，與純 TiO2相比，該復合材料具有更大的比表面積、更均一的

6、孔徑和更窄的帶隙寬度。分別在模擬太陽光和可見光下通過羅丹明B和涕滅威的降解實驗對graphene-TiO2復合材料的光催化活性進行了評價。結果表明，適量石墨烯的摻雜可提高 TiO2的光催化活性，本文對這種活性提高的原因進行了初步探討。
　　3.在前期工作基礎上，以三嵌段非離子型表面活性劑P123為結構導向劑采用直接共縮合溶膠-凝膠結合水熱處理技術成功制備了 graphene-TiO2/SiO2三元復合材料，并對其介孔結構、形貌、表

7、面性質、光吸收性質和組成結構信息進行了詳細表征。結果表明，通過本方法合成的graphene-TiO2/SiO2三元復合材料呈二維六方p6mm對稱和銳鈦礦晶相結構，孔徑分布均一，孔體積和比表面積均較無序的大。以環境內分泌干擾物阿特拉津為目標污染物研究了graphene-TiO2/SiO2復合材料在模擬太陽光條件下的光催化活性。結果表明，當graphene的摻雜量為1%，TiO2:SiO2摩爾比為4:1時，graphene-TiO2/SiO

8、2的光催化活性最高。此外，graphene-TiO2/SiO2三元體系的光催化活性明顯優于二元體系(graphene/TiO2或 TiO2/SiO2)及純 TiO2。本文對此類復合材料光催化活性提高的原因進行了詳細探討，并且對阿特拉津降解的中間產物進行了分析，并提出降解機理。
　　4.在前期工作基礎上，通過一步水熱合成法，制備出了石墨烯和電氣石共摻雜二氧化鈦復合催化劑(G/T-TiO2)。所得復合催化劑為銳鈦礦晶相結構，具有三維交

9、聯的介孔形貌。通過模擬太陽光下降解羅丹明B評價了G/T-TiO2的光催化活性，并考察了其在實際富營養化水體中光催化殺藻的活性。羅丹明 B的光催化降解表明，G/T-TiO2三元體系的光催化活性明顯優于二元體系(G-TiO2或T-TiO2)及純 TiO2。光催化殺藻研究表明，G/T-TiO2復合材料表現出極高的殺藻活性，但是與純 TiO2相比，并沒有表現出明顯優勢，此結果與光催化降解 RB不同。因此，本文對這種活性的提高以及光催化殺藻規律不