掺杂TiO2光催化剂的制备、表征及降解含聚污水研究

论文摘要

为了研究TiO2光催化降解聚丙烯酰胺（HPAM）的可行性,采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型纳米TiO2,研究了合成催化剂反应条件对光催化降解含油废水中HPAM的影响。结果表明,最佳反应条件分别为:煅烧温度在500℃时,光催化活性达到最高;最佳老化时间为1天左右;当钛酸丁酯与醇的比例为1:8时,钛酸丁酯与水的比例为10:4,制备出的TiO2催化活性最大。掺杂有利于TiO2光催化活性的提高。首先,以P123为模板剂,采用溶胶-凝胶的溶剂热合成方法制备了H3PW12O40掺杂的介孔结构TiO2。利用紫外漫反射光谱、红外光谱、X射线粉末衍射、拉曼光谱和电感耦合等离子原子发射光谱等手段对上述新材料进行结构表征。结果表明,被制备的复合物具有锐钛矿与板钛矿复合的晶型结构、大的BET比表面积和统一孔尺寸分布的介孔结构。H3PW12O40以完整的Keggin结构固定在TiO2的晶格间隙,并且和TiO2表面发生化学的相互作用。复合物对降解MO,RB,MB和CV显示出较高的紫外光催化活性,对CV显示出可见光催化活性。通过ES-MS检测CV降解的中间产物及最终产物,从而推出CV紫外光催化降解的机理。然后,利用一步溶胶-凝胶的溶剂热合成方法制备稀土掺杂的TiO2纳米粒子(RE3+/TiO2,RE3+ = Eu3+,Pr3+,Nd3+,Gd3+和Y3+)。结果表明,所制备的样品均为锐钛矿型纳米晶,粒子尺寸在9 nm左右,稀土以氧化物的形式存在于TiO2的晶格间隙。在紫外光条件下降解HPAM,比较不同稀土掺杂对催化活性的影响,Eu3+(Gd3+,Pr3+)/TiO2展示了良好的催化活性,最佳掺杂量为2.4%（w）,矿化率最大可达67%。通过液质联机测定HAPM降解的中间产物,推断出HAPM的紫外光催化降解机理。研究了在紫外光作用下催化条件对光催化降解HPAM的影响,如:光催化时间、催化剂的浓度、HAPM的初始浓度、反应的pH值及Na2CO3,NaHCO3和NaCl浓度对催化的影响。实验结果表明,除NaCl的存在对催化活性影响较小外,其它条件对HPAM的催化降解均有显著的影响。增加催化时间、最佳的催化剂浓度、pH≈6和较低的初始浓度有利于催化反应的进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 油田污水处理现状
• 1.1.1 化学驱采油污水的特点
• 1.1.2 化学驱采油污水处理技术的现状及发展方向
• 2 纳米粒子的改性'>1.2 TiO₂纳米粒子的改性
• 2 光催化剂'>1.2.1 大比表面积TiO₂光催化剂
• 1.2.2 耦合半导体
• 1.2.3 减小催化剂尺寸
• 1.2.4 沉积贵金属
• 1.2.5 掺杂金属离子
• 1.2.6 光催化剂负载化
• 2 催化剂的合成方法'>1.3 改性TiO₂催化剂的合成方法
• 1.3.1 溶胶-凝胶法
• 1.3.2 浸渍法
• 1.3.3 酸催化水解法
• 1.3.4 光还原沉积法
• 1.3.5 低温合成方法
• 1.3.6 酸催化溶胶-凝胶法
• 1.4 多金属氧酸盐光催化化学
• 1.4.1 多金属氧酸盐概述
• 1.4.2 POM 的结构
• 1.4.3 多金属氧酸盐光催化基本原理
• 1.4.4 多金属氧酸盐光催化的应用
• 1.5 论文的选题及意义
• 1.6 实验方案的设计
• 2的制备及光催化活性'>第二章 纳米TiO₂的制备及光催化活性
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料
• 2 的制备'>2.1.2 TiO₂的制备
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 催化剂的表征
• 2.2.2 催化活性测试
• 小结
• 2光催化活性研究'>第三章 多酸掺杂TiO₂光催化活性研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 催化反应的过程
• 3.1.3 催化剂的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 催化剂的表征
• 3.2.2 染料在催化剂表面的吸附性质研究
• 3.2.3 紫外光催化降解机理
• 3.2.4 紫外光催化降解染料的催化活性研究
• 3.2.5 紫外光催化降解结晶紫步骤
• 3.2.6 可见光催化降解结晶紫的研究
• 3.2.7 光催化降解HPAM 的研究
• 小结
• 2光催化活性研究'>第四章 稀土掺杂TiO₂光催化活性研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 药品和仪器
• 4.1.2 催化反应的过程
• 4.1.3 催化剂的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 催化剂的表征
• 4.2.2 稀土掺杂催化剂的光催化机理
• 4.2.3 稀土掺杂催化剂的催化活性
• 小结
• 3+/TiO₂光催化降解部分水解聚丙烯酰胺影响因素及降解机理研究'>第五章 Eu³⁺/TiO₂光催化降解部分水解聚丙烯酰胺影响因素及降解机理研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要试剂和仪器
• 5.1.2 实验过程
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 光照时间对降解效果的影响
• 5.2.2 催化剂浓度的影响
• 5.2.3 HPAM 浓度的影响
• 5.2.4 pH 值的影响
• 2CO₃和NaHCO₃ 浓度对催化的影响'>5.2.5 Na₂CO₃和NaHCO₃浓度对催化的影响
• 5.2.6 盐浓度对催化的影响
• 5.2.7 HPAM 的矿化
• 5.2.8 降解产物分析
• 5.2.9 降解产物浓度
• 5.2.10 HPAM 光催化降解步骤
• 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要