tio,2基固体超强酸的制备及光催化性能研究

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1、华南理工大学博士学位论文TiO<,2>基固体超强酸的制备及光催化性能研究姓名：彭少洪申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：钟理20061012摘要光催化技术具有反应条件温和、无污染、低能耗等特点，因而在环境保护、能源转换、新物质合成等多个方面具有广阔的应用前景。通过多种改性手段改善催化剂的活性，提高催化剂的光催化效率是将这一技术推向实际应用的重要环节。本文利用硫酸对Ti02半导体进行表面超强酸化，以难降解有机物污染物邻硝基苯酚和甲基橙为处理对象，研究了反应条件对Ti02基固体超强酸光催化剂光催化活性的

2、影响；考察了W03、La203以及非金属离子N对Ti02基固体超强酸光催化剂掺杂改性后的光活性的影响，研究了S042／Ti02．W03催化剂光降解邻硝基苯酚的动力学及机理。本文采用改进的溶胶．凝胶法制备Ti02粉体，然后将Ti02浸渍于H2S04溶液中，制备了s042-fri02催化剂，并利用XRD衍射、红外光谱(FT-IR)、热重．差热(TG．DTA)、紫外．可见漫反射(UV-vIs)等手段表征了其结构与酸性：分别以邻硝基苯酚和甲基橙为目标降解物，考察了催化剂的光催化活性，并对反应条件作了研究，初步探讨

3、了其反应机理。结果表明：硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、焙烧温度，以及溶液的pH值均对催化剂光催化效果有影响。当浸渍硫酸浓度为O．5m01．L～，硫酸浸渍时间为6h，焙烧温度为5000C，溶液pH值为5．0时，光催化降解邻硝基苯酚效果最好，反应45rain降解率达到97％。表征结果表明，S04厶与Ti02表面结合以桥式双配位构型存在，S042／Ti02催化剂光催化效率的提高本质在于它的特殊表面酸性结构，这种结构通过电荷诱导效应加速了光致电子从Ti02导带向表面酸性中心转移，抑制了电子一空穴的重新结合。利用S0

4、42。对Ti02．W03进行表面修饰，制成固体超强酸S042-fri02．W03，分别在悬浮体系以及制备成薄膜催化剂考察了催化剂的光催化活性。结果表明：硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、焙烧温度以及氧化钨掺杂量均对催化剂光催化效果有影响。当浸渍硫酸浓度为0．2m01．L一，硫酸浸渍时间为6h，焙烧温度为5500C，W(W03)掺杂量为3％时，光催化降解邻硝基苯酚效果最好，反应30min降解率达到97％。表征结果表明，S042"／Ti02．W03催化剂表面有含硫化物种存在，能产生酸催化中心，同时，W03的引入，相

5、当于在Ti针周围放置了吸电子源，使得Ti4+离子上的正电荷增加，结果增加了其Lewis酸位，从而提高了催化剂的光催化活性。利用S04}对Ti02一La203进行表面修饰，制成固体超强酸S042．／Ti02．La203，考察了催化剂的光催化活性。结果表明：硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、焙烧温度以及La203掺杂量均对催化剂光催化效果有影响。当浸渍硫酸浓度为O．5m01．L～，硫酸浸渍时间为6h，焙烧温度为5000C，Laa03掺杂量为x(La203)=o．5％时，光催化降解邻硝基苯酚效果最好，反应30min降

6、解率达到93％。采用硫酸浸渍法还制备了掺氮固体超强酸s042-fri02，分别考察了催化剂的紫外光和可见光催化活性。硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间以及焙烧温度均对催化剂光催化效果有影响。当浸渍硫酸浓度为O．5t001．L～，硫酸浸渍时间为6h，焙烧温度为4500(；时，可见光催化降解邻硝基苯酚效果最好，反应4h降解率达到70％；紫外光催化降解邻硝基苯酚，反应120min降解率达到88％。结果显示：掺氮Ti02经过表面超强酸化形成掺氮固体超强酸S042"／T102，其可见光催化效果比P-25(德国Deguss公

7、司Ti02)明显提高。光降解有机物的动力学及机理研究一直是光催化反应过程中一个较为复杂的问题。本文利用固体超强酸S042／'[i02．W03为光催化剂，在高压汞灯下，研究了邻硝基苯酚在S042-tri02．W03光催化剂表面上的降解过程，对邻硝基苯酚在s042佃02．w03悬浮体系中的降解机理做了初步的讨论。发现光降解反应速率依赖于邻硝基苯酚的起始浓度、气相氧的流量、反应温度、溶液的pH值、光的强度和催化剂用量。分析和讨论了邻硝基苯酚光降解的动力学机理，推导了邻硝基苯酚光降解的动力学方程。关键词：光催化；

8、二氧化钛；固体超强酸；反应动力学：邻硝基苯酚；甲基橙IIAbstractPhotocatalysisisallattractiveapproachforenvironmentalprotection,energytransformationandfunctionalgrouptransformationbecauseofitsadvantagesuchaslow—temperature，lowenergyconsumption