氮、铁、银掺杂修饰TiO2复合催化剂光催化降解低级醇类的研究

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本文介绍了挥发性有机污染物的危害和治理,光催化化学的发展状况、理论意义及现实意义,对TiO2光催化消除有机物机理和研究现状以及对TiO2的掺杂氮、铁、银改性进行详细的阐述。采用溶胶-凝胶法和沉积-沉淀法制备了一系列的催化剂,并用红外、差热-热重、SEM、X射线粉末衍射等方法对催化剂进行了表征。在自行安装和设计的流动连续光催化反应装置中,以低级醇和空气混合气体模拟室内空气污染物,用253.7nm紫外灯为光源,对催化剂的活性进行评价。对催化剂的制备条件,例如掺杂量、活化温度以及活化时间进行了探讨和优化,同时考察了气体流速以及低级醇的浓度对消除率的影响。用甲醇的光降解反应作为模型反应,评价了掺银改性TiO2的光催化活性。考察了不同活化温度、活化时间以及不同气体流速对Ag/TiO2光催化消除甲醇的影响。实验结果表明,适量的银离子掺杂可以显著地提高TiO2的光催化活性。在活化温度400℃、活化时间3小时的条件下得到的催化剂光催化活性最高。初始浓度在10.0g.m-3的甲醇在流速为5mL.min-1时,0.15g催化剂可基本消除,达到排放标准。在流速为2mL·min-1时,甲醇的消除率达到100%,完全矿化。用甲醇的光催化消除反应作为模拟反应,评价了掺氮改性TiO2的光催化活性。考察了不同活化时间、活化温度、催化剂用量以及不同气体流速对N/TiO2光催化消除甲醇的影响。实验结果表明,适量的氮掺杂可以提高TiO2的光催化活性。活化焙烧温度400℃、时间3h的条件下得到的催化剂光催化活性最高。初始浓度在10.6g.m-3的甲醇在流速3ml.min-1时消除率为96.6%,达到排放标准。流速为2ml.min-1时,甲醇消除率达到100%。N、Fe/TiO2催化剂在400℃下焙烧3h的光催化活性最好。在初始浓度7.8g.m-3时,体系流速为10ml.min-1时,甲醇消除率为88.97%;体系流速7ml.min-1时,甲醇消除率100%。研究了该催化剂对乙醇、丙醇的光催化效果。0.15g催化剂可以将5.5g.m-3,体系流速为7ml.min-1的乙醇消除率为98.73%;在5ml.min-1时,消除率达到100%。在实验中采用的活性评价装置具有科学性和实用性,因此实验数据具有可靠性。从实验数据可知,掺杂后的几种催化剂的活性均优于纯TiO2,具有良好的应用前景。
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