TiO2-MMT复合光催化剂的制备及光催化降解甲基橙的研究

作     者：党丽萍 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵彬侠

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：光催化氧化技术 溶胶凝胶法 Fe3+杂 印染废水 甲基橙 

摘      要：近年来,TiO2光催化剂以其高效的光催化活性、强的氧化能力等优点被广泛用作光催化氧化技术的催化剂,尤其在水处理研究中受到了广大研究者的普遍关注。然而TiO2在实际应用中存在着可见光利用率和量子效率低、催化剂易流失和回收难等问题,严重影响其实际应用效果。针对TiO2在光催化应用领域存在的这些问题。本文将TiO2负载在蒙脱土上,制备出了一系列具有高催化活性和良好稳定性的TiO2负载型复合光催化剂,进一步探讨了Fe掺杂TiO2柱撑蒙脱土光催化剂的光催化活性,并对甲基橙模拟废水进行了光催化降解实验研究。 本研究采用溶胶凝胶法制备了以钛酸丁酯为钛源、蒙脱土为载体的TiO2柱撑蒙脱土光催化剂。考察了钛土比、柱化剂的pH、无水乙醇的加入量、焙烧温度等因素对复合催化剂催化活性的影响。结果表明：当钛土比为15mmol/g、柱化剂的pH为1.8、无水乙醇的加入量为18mL,最佳焙烧温度是500℃时,催化剂的催化活性最高。利用XRD、FT-IR、SEM、BET、TG-DTA等技术对催化剂进行表征,研究了TiO2柱撑蒙脱土材料的晶型、颗粒形貌、比表面积及结构变化。 制备Fe掺杂的TiO2柱撑蒙脱土光催化剂,通过XRD、SEM、孔径分析等手段对其晶型、形貌、孔径进行了表征。分析表明,Fe掺杂量为0.1%时催化剂的光催化活性最强,Fe掺杂后TiO2柱撑蒙脱土光催化剂均出现了锐钛矿和金红石的“混晶相结构;通过SEM图可以看到较完整的层状结构,样品分散性较好;同时通过孔径分析表明此催化剂属于介孔型材料。 使用自制的光催化反应器,以偶氮染料甲基橙的光催化降解实验为模型反应实验,采用不断鼓泡的形式引入氧气,对甲基橙光催化降解过程进行了优化研究。考察了废水的入水pH、废水的初始浓度、催化剂的投加量等不同的反应工艺条件对甲基橙降解的影响,并研究了甲基橙在光催化降解过程中的结构变化。结果显示：废水的入水pH对甲基橙色度去除率的影响较大,甲基橙在酸性条件下比在碱性条件下较易被降解,同时甲基橙的色度去除率随着初始浓度的增加而减小,但随催化剂投加量的不断增加呈现先增大后减小的趋势。随着反应的进行,甲基橙结构中的氮氮键特征峰的强度逐渐减弱。 对自制催化剂进行重复性试验的考察发现：本研究所制备的催化剂具有高效的催化活性和较强的稳定性、重复利用性。