酞菁铁/凹凸棒土复合光催化剂的制备及光催化性能的研究

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酞菁类化合物具有高度共轭的π电子体系,由于大环体系间强的电子相互作用,使该类化合物显示出光电导性、气敏性、催化活性和仿生等优异性能。作为催化剂,金属酞菁在氧气和过氧化氢的氧化反应中具有良好的催化活性,其作为催化剂的显著优点是使氧化反应能在较低温度下进行,而且效率高。论文采用了苯酐固相法和微波法合成酞菁铁,并用IR、UV-VIS、EDS和TG对产物进行测试和表征,证明所得产物为目标产物。考察了反应温度、辐照时间、原料配比、催化剂用量对酞菁铁产率的影响。比较两种合成方法,发现微波合成法较固相合成法具有反应时间短,能耗低,产率高等优点,微波合成酞菁铁的产率主要受时间影响。光催化氧化技术在处理有毒、难降解有机污染物方面所表现出的特殊优势已经得到人们的普遍关注。本论文针对光催化技术在实际应用中存在的催化剂固定与活性之间的矛盾这一问题,首次采用比表面积大、多孔的惰性吸附剂凹凸棒土作为载体,采用溶液浸渍法制备酞菁铁/凹凸棒土复合催化剂,它可以对低浓度的污染物进行快速的表面富集和吸附净化,加快光催化降解反应速率。利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、热失重分析(TGA)等手段对复合催化剂的组成、结构等进行分析和表征。研究考察了振荡时间、温度和溶液初始浓度等因素对凹凸棒土吸附性能的影响,从吸附热力学方面探讨了凹凸棒土对酞菁铁的吸附机理。试验结果表明:增加振荡时间、提高温度均能提高吸附效果;凹凸棒土对酞菁铁的吸附速率很快,在短时间内即可达到平衡;经过热活化和酸活化,凹凸棒土的吸附性能有所提高;在研究的温度和浓度范围内,凹凸棒土对酞菁铁的吸附能够较好地拟合Freundlich方程。采用有机污染物甲醛作为降解对象,研究了复合光催化剂降解甲醛的行为。研究表明:在常温常压下复合催化剂具有优良的降解甲醛的性能,与纯酞菁铁相比具有更高的光催化活性,并借鉴金属酞菁处理有机硫醇的原理探讨了酞菁铁催化氧化甲醛的原理,可以预料此类复合光催化剂在光催化降解有机污染物方面将发挥重要作用。
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