【摘 要】
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近年来,由工业生产和汽车尾气排放产生的挥发性有机污染物（VOCs）会导致环境和健康问题,因此越来越受到人们的关注。TiO2作为光催化剂,快速矿化降解VOCs是近年来的研究热点。本文采用具有表面等离子体（SPR）效应的金属铋（Bi）对TiO2掺杂改性,探究其光催化降解VOCs的效果,然后进一步用具有SPR效应的贵金属金（Au）更进一步改性Bi-TiO2,并探究其对可见光的利用效率和光催化降解VOCs
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近年来,由工业生产和汽车尾气排放产生的挥发性有机污染物（VOCs）会导致环境和健康问题,因此越来越受到人们的关注。TiO2作为光催化剂,快速矿化降解VOCs是近年来的研究热点。本文采用具有表面等离子体（SPR）效应的金属铋（Bi）对TiO2掺杂改性,探究其光催化降解VOCs的效果,然后进一步用具有SPR效应的贵金属金（Au）更进一步改性Bi-TiO2,并探究其对可见光的利用效率和光催化降解VOCs的机理,本文的主要内容和结果如下:（1）采用水热法和溶胶-凝胶法制备Bi-TiO2。结果表明,由于Bi的掺杂产生了SPR效应,提高了光载流子的利用效率,进一步提高了催化剂的可见光活性。在可见光下0.14%Bi-TiO2在90 min内对气态邻二氯苯（o-DCB）的降解效率达到98%以上,150 min时矿化率达到73%,商业二氧化钛（P25）的矿化率只有43%。（2）利用硼氢化钠（NaBH4）还原法和溶胶-凝胶法制备了Au/Bi-TiO2,通过调控Au、Bi的摩尔比例,探究催化剂材料对气态o-DCB的降解效率。由于Au、Bi的共同SPR效应,拓宽了催化剂的光谱吸收范围,提高了催化剂对可见光的利用效率。由于氧空位的产生,延长了活性自由基团作用时间。结果表明,Au/Bi-TiO2（Au:Bi=1:20）催化剂在90 min内对气态o-DCB的降解效率达到99%以上,矿化率为81%,其矿化率是P25的1.9倍,是0.14%Bi-TiO2的1.3倍。并且催化剂在三次循环降解过程中降解效果稳定。（3）为了研究不同因素对Au/Bi-TiO2降解气态甲苯效率的影响,运用响应曲面法模拟优化实验条件。结果表明,催化剂的最佳用量是5 mg,反应最佳温度为30℃,此时催化剂在120 min内对气态甲苯降解效率为75%。催化剂对甲苯和o-DCB的混合气体的降解也有明显的效果,在120 min内降解效率分别为64%和95%,三次循环中降解效果稳定。通过原位红外对催化剂降解甲苯的动态过程进行了监测,推出了甲苯的降解机理和路径。本研究中提到的催化剂的制备方法以及研究光催化微观机理的手段为光催化领域的研究提供了一种可行性方案。
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