光催化降解有机污染物用P25复合半导体的制备及性能研究

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近年来,由于国内的空气及水体污染事件频繁发生,人们越来越迫切希望改善自己的生活环境状况。因此,对空气和水体中污染物的处理显得尤为重要。甲醛为室内空气污染中最常见、最典型的有机污染物,苯酚为工业废水中最具代表性的有机污染物,两者均为高毒性物质,被我国列入有毒化学品控制名单中。纳米二氧化钛(TiO2)光催化剂作为21世纪最具应用前景的光催化清洁材料,可将大多数空气及水体中难降解的有机污染物降解为CO2和H2O,具有节能、稳定性高、无二次污染等优点。因其存在两个关键性问题而限制了工业化应用:对可见光的响应能力差和光量子效率低,需对其进行改性。本文的主要思路是采用浸渍法制备WO3-P25/Ni和V2O5-P25/Ni光催化剂,对P25(锐钛矿型:金红石型为4:1的混晶)进行改性,分别研究不同复合浓度、温度对甲醛降解实验的影响;以及制备WO3/P25粉体光催化剂,研究复合浓度、温度、光催化剂浓度对苯酚降解实验的影响;研究三组光催化实验,得出每组最佳的复合浓度及实验条件。研究内容主要如下:1、以P25为原料,以泡沫镍为负载基体,分别采用浸渍法复合WO3和V2O5,制备WO3-P25/Ni和V2O5-P25/Ni负载型光催化剂以及WO3/P25粉体光催化剂。对光催化剂样品进行X射线衍射分析(XRD)、紫外-可见漫反射光谱分析(DRS)和扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:高温煅烧后,光催化剂随着复合浓度的增加,发生团聚现象加重。12%V复合的光催化剂在2θ=20.2°处出现了 V2O5衍射峰。WO3/P25和V2O5/P25光催化剂不同复合浓度的样品对光的最大响应波长均出现了红移现象,红移的程度随着复合浓度的增加而增大,从而改善了 P25对可见光的响应能力差和光量子效率低的问题。2、利用WO3-P25/Ni和V2O5-P25/Ni分别对气相甲醛进行光降解实验;WO3/P25粉体光催化剂对低浓度苯酚进行光降解实验。结果表明:每组光催化剂在各自实验条件一定的情况下,单独增加复合浓度时,三组实验中,目标污染物的降解率均呈现先增加后减小的趋势;单独增加温度时,WO3-P25/Ni光催化剂降解甲醛的降解率呈现先增大后减小的趋势,而V2O5-P25/Ni的则只呈现上升的趋势;在条件一定的情况下,分别增加WO3/P25降解苯酚实验的体系温度、光催化剂浓度时,苯酚降解率均呈现先增大后减小的趋势。得到WO3-P25/Ni和V2O5-P25/Ni光催化剂降解甲醛实验的最佳复合浓度分别为2%和12%,最佳反应体系温度分别为53℃和62℃;WO3/P25粉体光催化剂降解低浓度苯酚的最佳复合浓度为2%,最佳反应体系温度为50℃,最佳光催化剂浓度为1.6mg/L。光照5000min研究WO3-P25/Ni光催化剂的寿命问题,结果发现:2%WO3的复合能有效的延长光催化剂的使用寿命。
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