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VOCs不仅本身是有害化合物,而且还会与大气中其它物质结合产生二次污染物(包括有机化合物和有机气溶胶等),同时也是臭氧的前体物,因此受到人们的广泛关注。光催化降解VOCs因其较好的环境友好性被视作最具有应用前景的净化方法之一。在众多光催化剂中,TiO2因生产成本低、制备简单、热稳定性及化学稳定性强和对污染物降解彻底等优点,被诸多研究人员所关注。但是,TiO2光催化降解VOCs仍存在着以下缺陷:(1)大的禁带宽度限制其对可见光的利用;(2)光生载流子复合几率大,限制其光催化降解效率。为解决上述问题,借鉴众多文献研究经验,本试验在课题组前期研究基础上,采用溶胶-凝胶法,以I为非金属源(课题组前期研究结果),以M(Co、Mn、Cr)为金属源,制备了M-TiO2和M-I-TiO2,并以苯为目标物,考察所制备催化剂在可见光下光催化性能。主要研究成果如下:(1)溶胶-凝胶法制备M-TiO2,考察M掺杂量和煅烧温度对催化剂可见光降解苯的影响。结果表明:微量M元素掺杂即可将TiO2光响应范围拓展至可见光区;各催化剂光活性可排序为:(Cr/Ti)0.02-450>(Mn/Ti)0.04-300>(Co/Ti)0.01-400,对苯的处理能力分别为552.65μgC6H6/(g·h)、515.96μgC6H6/(g·h)和404.33μgC6H6/(g·h);XRD表征表明:M-TiO2主要晶型均为锐钛矿相,粒径明显减小,晶格缺陷在一定程度上较自制TiO2有所增加;XPS表征表明:Cr-TiO2中TiO2表面的羟基或吸附氧比例远高于Co-TiO2和Mn-TiO2。(2)采用旋转组合法设计响应面实验,确定M-I-TiO2最佳M掺杂量、I掺杂量和煅烧温度,对筛选出的最优M-I-TiO2进行XRD、BET、Raman、XPS和UV-vis表征分析,结果表明:各催化剂光活性可排序为:(Cr/I/Ti)0.02/0.1/1-400>(Co/I/Ti)0.01/0.1/1-350>(Mn/I/Ti)0.02/0.15/1-400,对苯的处理能力分别为678.82μgC6H6/(g·h)、441.46μgC6H6/(g·h)和389.54μgC6H6/(g·h);M-I-TiO2中主要晶型为锐钛矿相,粒径明显减小,比表面积较I-TiO2明显增大;拉曼结果显示,M-I-TiO2在147cm-1振动状态下特征峰较I-TiO2发生不同程度蓝移;Cr-I-TiO2中TiO2表面的羟基或吸附氧比例远高于Co-I-TiO2和Mn-I-TiO2;(Co/I/Ti)0.01/0.1/1-350、(Mn/I/Ti)0.02/0.15/1-400和(Cr/I/Ti)0.02/0.1/1-400禁带宽度分别为:3.05 eV(403nm)、3.01 eV(412nm)和2.85 eV(435nm)。(3)以筛选出的3种最优共掺杂催化剂(Co/I/Ti)0.01/0.1/1-350、(Mn/I/Ti)0.02/0.15/1-400和(Cr/I/Ti)0.02/0.1/1-400开展试验,研究停留时间、催化剂用量和苯初始质量浓度对催化剂光催化性能影响,试验结果如下:对于(Co/I/Ti)0.01/0.1/1-350,当停留时间为80s,催化剂用量为8g,苯初始质量浓度为200±20mg/m3时,催化剂处理能力达到最高(491.99μgC6H6/(g·h));对于(Mn/I/Ti)0.02/0.15/1-400和(Cr/I/Ti)0.02/0.1/1-400,当停留时间为80s,催化剂用量为8g,苯初始质量浓度为100±20mg/m3时,两种催化剂处理能力分别达到最高(454.91μgC6H6/(g·h)和750.49μgC6H6/(g·h))。