【摘 要】
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工业废水中有毒杂环化合物的处理是一个具有重大实用价值的研究课题。本文在综述二氧化钛光催化剂的制备和光催化氧化处理有机废水的基础上，较为系统的研究了二氧化钛光催化剂的制备、镧系元素离子改性二氧化钛及其在光催化降解咪唑中的应用。结果表明，采用溶胶-凝胶法制备的二氧化钛光催化降解杂环化合物咪唑，具有工艺设备简单，操作条件易控制，光源的利用率高，有效降解有毒污染物和无二次污染等突出优点，具体研究内容如下：
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工业废水中有毒杂环化合物的处理是一个具有重大实用价值的研究课题。本文在综述二氧化钛光催化剂的制备和光催化氧化处理有机废水的基础上，较为系统的研究了二氧化钛光催化剂的制备、镧系元素离子改性二氧化钛及其在光催化降解咪唑中的应用。结果表明，采用溶胶-凝胶法制备的二氧化钛光催化降解杂环化合物咪唑，具有工艺设备简单，操作条件易控制，光源的利用率高，有效降解有毒污染物和无二次污染等突出优点，具体研究内容如下：
(1)以四氯化钛为原料，采用溶胶-凝胶法制备TiO2粉体，对比研究了不同的溶胶体系、焙烧温度等条件所制得的TiO2粉体的光催化性能。结果表明，以乙醇为溶剂的溶胶体系，并在500℃空气气氛中焙烧2小时所得的TiO2具有较高的催化活性，对咪唑的降解性能较好。
(2)为了进一步提高TiO2的光催化活性，制备了La3+，Ce3+，Pr3+，Nd3+，Sm3+，Eu3+，Tb3+，Dy3+，Ho3+，Tm3+等不同镧系元素离子掺杂的TiO2光催化剂，用X-射线衍射(XRD)，X-射线光电子能谱(XPS)，光致发光光谱(PLS)和表面光电压谱(SPS)等表征手段对掺杂改性的TiO2进行了表征，并且在紫外光照射下测试了其光催化性能。结果表明稀土离子掺杂可以有效提高TiO2表面光激发载流子的分离效果，从而提高了TiO2的光催化活性。考察了不同稀土离子浓度对掺杂TiO2光催化剂性能的影响规律，发现不同浓度Tb3+掺杂TiO2的光催化活性随Tb3+浓度的增加先升高后下降，掺杂2％的Tb3+效果最好。另外，样品的催化活性顺序与表面光电压谱(SPS)强度顺序一致，与它们的光致发光光谱(PLS)信号强度顺序相反。由此，SPS和PLS两种表征可以作为初步比较半导体光催化活性的判据。SPS的信号越强，PLS的信号越弱，所得材料的光催化活性越高.
(3)研究了2％Tb3+掺杂TiO2光催化剂在紫外光下光催化氧化咪唑的动力学规律。试验中研究了几种不同浓度的咪唑光催化降解行为，结果表明咪唑的光催化降解服从一级反应动力学方程，光催化氧化过程的反应速率遵循非均相催化动力学方程-Langmuir-Hinshelwood方程。动力学方程表示为1/r0=0.59122+83.088·(1/C0)，其表观速率常数k和K分别为k=1.8062mg/(L·min)，K=6.663·10-3L/mg。
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