论文部分内容阅读
挥发性有机化合物(VOCs)是PM.2.5、雾霾及臭氧形成的前躯体，对环境造成重大危害。光催化技术作为一种新型的高级氧化技术(AOPs)，被广泛应用于VOCs的治理中。TiO2半导体具有优良的物理化学特性，在制备高效光催化材料上受到人们的关注，成为研究的热点之一。对TiO2进行元素掺杂和异质结复合是提升其光催化性能的有效方法。本文制备了Mo掺杂型MoT和异质结复合型PT-MoT催化剂(纯TiO2记为PT，Mo掺杂TiO2记为MoT)，并运用低温等离子体技术对其进行改性，选取甲苯作为一种典型的污染物，对其光催化降解VOCs的活性进行了研究。具体内容如下: 运用溶胶-凝胶法制备PT、MoT和PT-MoT催化剂。微观结构分析表明所制备的样品均为锐钛矿相，掺杂和复合后的TiO2催化剂与纯TiO2相比具有较小的晶粒尺寸和较大的比表面积;从SEM形貌可以看出TiO2催化剂经掺杂和复合后，其分散性得到提升;由XPS分析可得，Mo元素主要以Mo6+和Mo5+离子的形式存在于TiO2的晶格中，其中Mo6+和Mo5+所占比例分别为65.5％和34.5％; UV-VisDRS结果表明经掺杂和异质结复合后，催化剂的光吸收边发生红移，其可见光吸收性能得到提升。 对所制备的PT、(2.5％)MoT和PT-(2.5％)MoT催化剂进行低温等离子体改性。微观结构分析表明低温等离子体处理前后催化剂的晶型保持一致，低温等离子体处理后的催化剂具有更小的晶体粒径、更大的比表面积和更小的孔径;由SEM形貌可以看出，经低温等离子体处理后，催化剂的分散性进一步提高，TEM形貌表明催化剂均为10～30nm的小颗粒团聚而成;XPS分析可得催化剂经等离子体处理后各元素的特征峰向高结合能处位移且峰强增大;UV-Vis DRS结果表明，经等离子体改性后，催化剂的可见光吸收性能进一步提升。 不同催化剂在紫外光和可见光下催化降解甲苯的性能存在差异，实验结果表明异质结复合型TiO2催化剂在紫外光和可见光下均具有较好的光催化活性。经低温等离子体改性后，其光催化降解甲苯的活性进一步提高。其中PT-(2.5％)MoT催化剂的活性最高，紫外光下甲苯的降解率可达89.2％，可见光下为50.7％。反应过程中气体流速、相对湿度、O2含量、甲苯初始浓度对甲苯降解效率均存在影响。结果表明较小的气体流速;适当的O2浓度;35％的相对湿度;和较小的甲苯初始浓度有利于甲苯的光催化降解。 对n-n异质结材料的光催化机理进行了初步探讨，Mo离子的掺杂和异质结复合提高了TiO2材料的可见光吸收性能和光电量子效率。对低温等离子体改性催化剂的机理进行了初步探讨，低温等离子体中的高能粒子可改善催化剂的分散性和电荷属性，使材料的光催化活性进一步提高。对光催化降解气相甲苯的过程进行了反应动力学研究，结果表明该过程与一级动力学模型相吻合。其中，具有n-n异质结结构的PT-(2.5％)MoT催化剂在紫外光下降解甲苯的反应速率常数约为纯TiO2的3倍。