论文摘要
光催化技术作为一种先进的氧化技术（AOP），具有氧化能力强，二次污染小，可以无选择性地将各种污染物矿化为无机离子的优点。在目前研究的光催化剂中，TiO2以其性质稳定、价格低廉，无毒高效等特性，在治理有机污染物废水方面显示出巨大的潜力。但是普通纳米TiO2带隙较宽、光生电子-空穴对的复合几率高，使其活性还不能满足实际应用的需求。通过优化TiO2的微观结构和稀土掺杂可改善其光催化活性。目前，在光催化降解水相中的有机污染物的研究中，大多数研究仅仅考察和优化了光催化反应条件对降解速率的影响。然而，大多数有机污染物的降解过程是会产生许多中间产物的复杂过程。因此，有必要研究光催化降解反应的矿化产物、中间产物进而得到其光催化降解机理。本论文以水热法合成了La掺杂和未掺杂的介孔纳米TiO2粉体，并对其进行了相应的表征和光催化降解水相中的染料和有机磷农药污染物的研究。获得的主要实验结果如下：1．以硫酸钛和硝酸镧为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化氨（CTAB）为模板剂，通过水热法可在低温下获得具有良好热稳定性锐钛矿相结构的介孔纳米TiO2和La掺杂的介孔纳米TiO2。所制备的纳米TiO2粒子具有相对较高的相转变温度和较稳定的介孔结构；1％La掺杂的介孔纳米TiO2具有比未掺杂样品更高的相转变温度，原因是La的掺杂抑制了TiO2的相变。此外，掺杂的La在制得的介孔材料取较稳定的存在状态。2．以介孔纳米TiO2为光催化剂，研究了甲基橙在悬浮液中的光催化降解，考察并优化了光源功率、溶液初始pH值和催化剂的浓度等影响因素。在光源为250W汞灯、反应溶液pH=2.0和催化剂加入量为1.0 g／L的条件下，20 mg／L的甲基橙能够在40分钟内被降解98％；在此条件下甲基橙降解的中间产物主要包括了脱甲基化产物、甲基化产物和羟基化产物。其中，最先发生的是脱甲基化反应，而生成产物最多的是羟基化反应。3．通过采用优化的钼篮比色法测定降解产物PO43-研究了甲胺磷在介孔纳米TiO2悬浮液中的光催化降解。考察了溶液初始pH值、催化剂浓度和甲胺磷浓度等因素对光催化降解速率的影响并优化了这些反应条件。研究结果表明：在甲胺磷浓度为20 mg／L，反应液起始pH=4.02，催化剂浓度为0.5 g／L，光照时间为3小时的条件下，甲胺磷的降解效率可达到71.8％。此外，离子色谱检测结果表明：经过4小时的光照后甲胺磷基本上降解完全，并且深度矿化成对环境无害的无机物质。结合计算机模拟甲胺磷分子的结果，提出了甲胺磷光催化降解的路线图。4．以La掺杂的介孔纳米TiO2为光催化剂，研究了甲基对硫磷和辛硫磷在悬浮液中的光催化降解，考察并优化了催化剂中La的掺杂量以及煅烧温度、溶液初始pH值和催化剂的浓度等影响因素。甲基对硫磷最优的光催化反应条件为：催化剂为500℃煅烧的1％La掺杂的TiO2，反应液起始pH=6.38，催化剂浓度为2.0 g／L；辛硫磷最优的光催化反应条件为：催化剂为700℃煅烧的1％La掺杂的TiO2，反应液起始pH=4.43，催化剂浓度为0.5 g／L。光照3小时后溶液中的20 mg／L甲基对硫磷和辛硫磷均可完全被去除，但是，离子色谱检测的结果表明溶液中的有机磷农药分子并未完全矿化，说明反应溶液中仍含有未被完全降解的中间产物。