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气相光催化可在常温常压下快速分解有机污染物,将有毒有机物彻底无机化,副产物少,但同时也存在反应速率慢,催化剂容易失活,光生电子与空穴容易复合等缺点。真空紫外光催化技术,基于催化剂在高能真空紫外光子辐照下,分解有机污染物,反应条件温和,可克服传统光催化的缺点,是一种有前景的室内空气净化技术。同时,以纳米贵金属修饰的TiO2为光催化剂,成本高,制备复杂限制了其应用。本研究首次采用光化学合成法在TiO2薄膜负载MnOx,得到MnOx/TiO2/Ti催化剂,方法简单,成本低廉。用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼(Raman)光谱对MnOx/TiO2/Ti催化剂进行了表征,并应用于真空紫外光催化体系下分解低浓度甲醛,考察催化剂对甲醛及臭氧的催化分解能力。 光化学合成法制备得到的MnOx/TiO2/Ti催化剂,形貌是由纳米薄片卷曲而成的多孔薄膜,广泛覆盖于TiO2薄膜表面,呈“地衣状”。催化剂面仅有Ti,Mn,O三种元素,Mn的平均价态为+3,根据晶格间距推断其为六方锰矿α-Mn2O3。前驱体浓度、溶液初始pH值,光照时间以及焙烧温度对制备的MnOx形貌影响较大,甲醇投加量则对MnOx形貌的影响较小。此外,还考察了以铜网、不锈钢丝网、Ti网及铝箔为载体,采用光化学合成法负载MnOx。结果表明,在铜网与钛网上无法直接负载MnOx。 考察了不同制备条件下得到的MnOx/TiO2/Ti催化剂在真空紫外光下分解甲醛及臭氧的能力。在KMnO4溶液浓度为500mg/L,溶液的pH为10,甲醇投加量为20μL,光照30min,不经热处理的条件下,制备的MnOx/TiO2/Ti催化剂活性最高。 同时还研究了真空紫外光下,MnOx/TiO2/Ti、TiO2/Ti及Ti网(无催化剂)对甲醛及臭氧的分解性能。MnOx/TiO2/Ti催化剂对甲醛及臭氧均表现出最佳的催化分解活性,甲醛去除率为81.0%,比TiO2/Ti催化剂高18.0%,臭氧去除率为57.5%,比TiO2/Ti催化剂高33.4%。MnOx/TiO2/Ti催化剂在UV254+185nm、UV254nm+O3、暗态通入臭氧及UV254nm条件,甲醛去除率依次为UV254+185nm>UV254nm+O3>暗态通入臭氧>UV254nm,臭氧平均去除率依次为UV254+185nm>UV254nm+O3>暗态通入臭氧。此外,MnOx/TiO2/Ti催化剂在不同甲醛浓度,不同相对湿度条件下,甲醛去除率及臭氧去除率均高于TiO2/Ti催化剂。随着甲醛的初始浓度增加,MnOx/TiO2/Ti催化剂及TiO2/Ti催化剂对甲醛去除率有不同程度的下降,而两种催化剂在臭氧去除率方面则略有增加。在中低湿度下,MnOx/TiO2/Ti催化剂保持稳定较高的甲醛去除率,当湿度大于35%,增加体系相对湿度,甲醛去除率下降。对于TiO2/Ti催化剂,随着相对湿度增加,甲醛去除率先增加后减小,相对湿度在35%时,开始下降。在去除臭氧方面,MnOx/TiO2/Ti催化剂及TiO2/Ti催化剂均随湿度增加而减小。 本研究中的真空紫外光催化分解甲醛及臭氧,包括了气相均相分解及在MnOx/TiO2/Ti催化剂表面的催化臭氧氧化分解。对于副产物臭氧的去除,是通过MnOx表面催化分解及TiO2对臭氧的光催化分解。