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孔结构多酸—二氧化钛复合材料的制备及其光催化降解酞酸酯研究

徐蕾  
【摘要】: 本论文针对目前TiO2光催化剂存在的量子效率低、可见光利用率低和回收困难等问题,分别制备了多酸-二氧化钛(H3PW12O40/TiO2)及银掺杂多酸-二氧化钛(H3PW12O40/Ag-TiO2)复合光催化材料,对其结构、形貌、光吸收特性和表面物理化学性质进行了表征,系统研究了两种复合材料的光催化行为,探讨了H3PW12O40/TiO2光催化降解邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的机理。具体研究如下: 1.利用溶胶-凝胶结合程序升温方法,制备了具有较高光催化活性的H3PW12O40/TiO2复合材料。通过电感耦合等离子体-原子发射光谱、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱和X-射线光电子能谱对该复合材料的组成和结构、光吸收性质、形貌以及表面物理化学性质进行了表征;通过在模拟太阳光条件下降解水中酞酸酯类化合物(PAEs)对其光催化活性进行了评价;测定了溶液pH值对光催化降解效率的影响。结果表明:复合材料中活性组分H3PW12O40的基本骨架结构未发生改变,而且与TiO2网络间存在较强的化学作用,母体TiO2以锐钛矿晶型为主;H3PW12O40/TiO2具有微孔-介孔双重孔径及较大的BET比表面积;H3PW12O40/TiO2光催化剂的活性随着H3PW12O40的担载量(0%-19.8%)增加而增强,并且明显好于纯TiO2; H3PW12O40/TiO2复合材料光催化降解PAEs的效率由大到小的顺序是DBPDEPDMP;中性或碱性条件可以促进H3PW12O40/TiO2对DEP的光催化降解。 2.采用高效液相色谱-质谱和离子色谱对H3PW12O40/TiO2复合材料在模拟太阳光条件下光催化降解DEP和DBP的中间产物进行了分析,测定了降解过程中TOC的变化。结果表明:DEP可以通过三条路径实现矿化,降解的主要中间产物有羟基化的邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸、二羟基苯甲酸、马来酸酐和苯酚等化合物;DBP可通过四条路径实现矿化,降解的主要中间产物有羟基化的邻苯二甲酸二丁酯、羟基邻苯二甲酸、苯甲酸丁酯等化合物,两者的中间产物均可进一步降解生成甲酸、乙酸和丁二酸等小分子酸,最后生成CO2和H2O。 3.采用溶胶-凝胶结合程序升温溶剂热处理方法制备了H3PW12O40和金属Ag共掺杂的TiO2复合材料H3PW12O40/Ag-TiO2。通过电感耦合等离子体-原子发射光谱、透射电子显微镜、X-射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱和X-射线光电子能谱对复合材料的组成和结构、光吸收性质、形貌以及表面物理化学性质进行了表征;通过在模拟太阳光条件下降解DEP和磺胺甲恶唑(SMZ)对其光催化活性进行了评价。结果表明:该复合材料具有锐钛矿相结构,金属银以单质形式存在;复合材料不仅在200-380 nm处有强烈吸收,而且在400-600 nm之间也有明显的光吸收;H3PW12O40/Ag-TiO2具有微孔(0.45 nm)和介孔(4.2 nm)双重孔径;BET比表面积较H3PW12O40/TiO2略小;不同光催化剂的活性顺序是H3PW12O40/Ag-TiO2Ag/TiO2 H3PW12O40/TiO2TiO2。


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