超声辅助法制备复合型催化剂及其催化氧化苯系物废气的研究

来源 :苏州科技学院 苏州科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:typ172212
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TiO2和ZnO具有化学性质稳定、难溶、无毒、成本低等优点,因而在光催化氧化处理苯系物废气中研究、应用广泛。为了解决TiO2和ZnO光吸收波长范围狭窄、可见光利用效率低等问题,元素掺杂是有效的方法之一。本论文在超声辅助作用下利用溶胶凝胶法和均匀沉淀法制备元素掺杂复合型催化剂,并以苯系物(苯、甲苯)气体为目标降解物,研究处理效果的影响因素。  1.以钛酸正丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,在超声辅助作下用溶胶凝胶法分别制备了TiO2掺Fe3+(Fe-TiO2)、TiO2掺N(N-TiO2)的复合型催化剂,并用TGA、XRD、BET、FTIR、UV-Vis、SEM等进行了表征。结果表明,Fe-TiO2的平均粒径为18.4nm;N-TiO2的平均粒径为20.2nm。对制备的Fe-TiO2、N-TiO2进行了光活性的评价试验,考察了吸附时间、超声时间、元素掺杂量、焙烧温度、相对湿度对催化剂光催化氧化效果的影响。结果表明:吸附平衡70min后,经超声反应2h、焙烧温度为300℃下条件制备的Fe-TiO2(1 wt%Fe3+)和N-TiO2(10 wt%N)光催化效果最佳。当相对湿度为50%、可见光照射下催化氧化3h时,Fe-TiO2对苯和甲苯的降解率分别达到78.3%和82.5%;N-TiO2对苯和甲苯的降解率分别达到72.6%和77.4%。  2.在超声辅助作用下,以硝酸锌为锌源,尿素为沉淀剂,利用均匀沉淀法制备了掺Fe3+的ZnO催化剂(Fe-ZnO)并进行了表征。Fe-ZnO(0.5 wt%Fe3+)的平均粒径为16.8nm。在超声时间为1h、n(硝酸锌):n(尿素)=1:2、掺铁量为0.5 wt%、焙烧温度为450℃条件下制备的催化剂性能最佳,其在相对湿度为50%、氧化时间为3h时,其对苯及甲苯的处理效率分别达到69.4%和72.7%。  3.在超声辅助作用下制备了Fe3+掺杂复合型催化剂Fe-ZnO/TiO2并对其进行表征。在超声时间为1.5h、原料Ti:Zn(摩尔比)=4:1、掺铁量为1 wt%(Fe:Zn)、焙烧温度为300℃时,掺铁Fe-ZnO/TiO2催化剂对苯及甲苯的处理效果最好。当苯及甲苯的初始浓度均为200mg/m3、光催化反应时间为3h,其对苯和甲苯的去除率分别达到了86.5%和91.6%。对复合TiO2/ZnO光催化剂进行了反应动力学分析,其对苯及甲苯的降解均符合一级反应动力学方程,甲苯的反应速率大于苯的反应速率。
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