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《西安建筑科技大学》 2016年
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硅藻土负载TiO_2光催化剂的制备及其对甲基橙的降解性能

赵晓婷  
【摘要】:光催化氧化技术是一种新型的废水处理技术,具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、无选择性地降解有机污染物等优点,但是也有一些缺点,在污水处理中,TiO_2本身对有机物的吸附能力较弱。若采用吸附性载体负载TiO_2则可显著提高TiO_2的光催化效率。吸附剂作为载体的最大优势是可以将有机物吸附到半导体粒子的周围,增加局部浓度及避免中间产物挥发或游离,加快反应速度,提高其光催化活性。本文在这一课题背景下,采用溶胶-凝胶法,钛源用钛酸四丁酯,有机溶剂用无水乙醇,抑制剂用冰醋酸,载体用硅藻土,制备出一种具有纳米晶粒和较高催化活性的负载型催化剂TiO_2/硅藻土,并以甲基橙染液的吸附脱色率及光催化脱色率作为催化活性的评价指标,并对溶胶凝胶过程、晶化水平、负载量、条件优化等方面进行了较为系统的研究,以期制备出一种具有对染液集吸附-降解于一体的复合型催化剂。主要得出以下结论:(1)确定了TiO_2的较佳制备工艺条件为:V[Ti(OC4H9)4]:V[H2O]:V[HAC]:V[C2H5OH]=10:4:4:40,500℃煅烧2h。其中水解反应的剧烈程度受水量大小的影响,冰醋酸起到减缓水解反应的作用,而且受煅烧温度的影响,TiO_2的粒径随温度的升高而增大,500℃时TiO_2完全由无定型转化为锐钛矿相。此工艺条件下制得的TiO_2光催化剂颗粒大小均匀,粒径在20nm左右,对甲基橙染液的脱色率可达到86.1%。(2)TiO_2/硅藻土的制备工艺为:固定TiO_2制备过程中的前驱物的加入量,即V[Ti(OC4H9)4]:V[H2O]:V[HAC]:V[C2H5OH]=10:4:4:40,改变载体硅藻土的投加量,500℃煅烧2h制得不同TiO_2负载量的复合型催化剂,TiO_2理论负载量为40%时吸附及降解活性最好。(3)随着TiO_2负载量的增加,硅藻土的孔结构由清晰逐渐至被完全覆盖消失;硅藻土和结合水以及有机杂质的红外吸收峰都依次减弱;复合型催化剂的X-射线粉末衍射图谱可以看出Si O2的特征峰逐渐减弱,相反的TiO_2锐钛矿相谱峰逐渐显现并增强。(4)把光催化反应过程分为吸附和降解两个阶段,对不同负载量的TiO_2/硅藻土复合型催化剂的光催化效果进行了研究。结果显示,随着TiO_2负载量的增涨,吸附性先增大后减小;降解脱色率虽一直增大但幅度却渐趋平缓,结合两个阶段的脱色效果,TiO_2的理论负载量为40%即实际负载量为37.64%时的光催化效果最好,对甲基橙染液的脱色率可达94.1%。(5)通过对比试验,发现紫外光对甲基橙溶液有一定的降解;在无紫外光照下,催化剂仅发生吸附;加入自制TiO_2比未加入时的光催化效果好;TiO_2/硅藻土复合型催化剂的脱色效果最好,集吸附-降解于一体。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X703;O643.36

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