论文部分内容阅读
光催化氧化是近二十年来迅速发展并且广泛研究应用的污染治理技术。TiO2作为最主要的光催化剂因其光催化活性高、无毒、稳定性好、氧化能力强、成本低等特点成为当前最具有应用潜力的半导体材料。然而TiO2光催化技术的实际应用还存在着量子效率低,电子空穴易复合,对太阳能的利用有限等技术难题。为了获得对气体或液体污染物具有高催化活性的TiO2,必须在制备过程中通过工艺参数的优化、TiO2的改性、外界能的利用等手段来控制催化剂粒子的粒径,增大粒子的比表面积,尽可能增加光生电子产生效率。本文得到国家863计划“新型高效物化组合技术与设备”（编号2002AA601300）的资助。采用溶胶-凝胶法（Sol-gel）制备TiO2,研究了TiO2的改性方法,使用XRD、FT-IR、TEM等手段对催化剂进行表征,以甲醛模拟废水为对象进行了改性催化剂的活性研究。以甲醛模拟废气为研究对象,研究了光催化技术在室内空气净化中的应用。本文的主要研究内容结果如下:（1）采用溶胶-凝胶法制备TiO2,分别用单因素分析、正交实验设计、单纯形设计对反应过程中的主要工艺因素加水量、溶剂量、负催化剂量、螯合剂加入量进行了控制和微调,并以甲醛模拟废水为对象,对催化剂进行光催化活性的研究。结果显示,单纯形设计可得到更好催化活性的TiO2。其工艺条件分别是n（H2O）/n[Ti（OBu）4]=3.43 ,n（C2H5OH）/n[Ti（OBu）4]=16.49,n（HNO3）/n[Ti（OBu）4]=0.77,n（AcAc）/n[Ti（OBu）4]=2.29。正交实验设计表明,四种工艺条件对TiO2催化活性的影响程度的大小顺序为:AcAc用量、水的加入量、HNO3的加入量、C2H5OH用量。（2）分别用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸对TiO2进行改性,研究了亚临界水热处理对催化剂改性的影响。XRD、TEM对催化剂进行表征的结果显示,硫酸、盐酸、硝酸改性的TiO2晶体中锐钛矿型含量增加,对甲醛的催化活性都有所提高,其中硫酸改性的TiO2催化效果最好。而磷酸改性的TiO2锐钛矿型的生长受到抑制,对甲醛的催化活性很低。催化剂的亚临界水热处理使催化剂粒子之间的团聚现象基本消失,有利于酸改性TiO2催化剂光催化活性的提高。（3）分别用磷钼酸、磷钨酸、硅钨酸等杂多酸对TiO2进行掺杂改性,研究了亚临界水热处理对催化剂改性的影响。XRD、TEM、FT-IR对改性催化剂进行表征的结果显示,三种杂多酸的掺杂都使TiO2粒径有所减小,且可以抑制晶型中金红石矿型TiO2的增长,促进锐钛矿型TiO2的生长。FT-IR谱图表明杂多酸以化学键方式和TiO2结合。亚临界水热处理可使粒子的团聚消失,从而使催化剂活性提高。对模拟甲醛废水降解试验表明,杂多酸