TiO2/C改性复合材料的制备及其光催化降解酮麝香的研究

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合成麝香比天然麝香更有优势,已成为天然麝香的替代品。麝香大量的排放给环境带来了潜在的巨大风险,学者已在诸多环境领域中,检测到合成麝香化合物的存在,其在水体中的存在尤为引人担忧,而常规的处理方法并不能有效的去除。TiO2在有机物处理方面表现出了优异的性能,因其具有高催化活性、无毒副作用、强稳定性、原材料易得等优点而被广泛应用。但其亦有禁带宽度大,太阳光利用率低;光生电子-空穴易复合等缺陷。基于以上背景,本文选用四氯化钛为钛源,糠醛等为碳源,采用溶胶-凝胶法,经过老化、溶剂交换、超临界干燥、炭化等过程制备了TiO2/C光催化材料;并采用XRD、SEM&EDS、TEM、IR、TG等方式对材料进行结构表征,以活性艳红X-3B和罗丹明B为降解对象,检测其光催化性能。本文重点对酮麝香光催化降解过程进行了研究,考察了pH、催化剂投加量、H2O2含量等因素对降解效果的影响;对降解过程的反应动力学,中间产物以及降解机理进行了分析阐述。实验结果如下:1)表征显示,制备的TiO2/C改性复合材料颗粒分布均匀、具有较高的比表面积(150-200m2/g)、较强的吸附能力、晶型基本都成锐钛矿相、碳元素以无定形碳的形式掺入到TiO2中;对材料的光催化降解性能评价显示,TiO2/C改性复合材料在可见光下对有机污染物有较好的降解性能,2h降解后活性艳红X-3B和罗丹明B的降解率都达到80%以上,并且降解无选择性;吸附实验显示,其与Langmuir等温吸附模型相近。2)降解因素实验表明,在800W氙灯照射下,pH为酸性,TiO2/C改性复合材料投加量为10mg/50ml(1mg/L的酮麝香溶液),H2O2含量为5ml,5mmol/L,降解时间为120min时,酮麝香的降解效果比较理想,降解率达90%以上;加入自由基捕获剂实验表明:降解过程,不单单是羟基自由基起作用,还有其他活性基团(·O2-,空穴等)参与反应。3)降解动力学研究显示,其光催化降解动力学复合准一级动力学;降解过程中产生4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙酸、苯甲酸等中间产物,中间产物先产生随后又被降解,并最终降解为H2O,CO2,硝酸根等小分子物质,硝酸根从苯环脱落并最终降解,降低了其对环境的危害。
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