I-TiO2催化剂的制备、表征及其稀土离子掺杂改性的研究

• 作 者: 徐杏
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 可见光催化 I-TiO2 La-I-TiO2 染料 草酸

本实验首先选择I掺杂TiO₂制备可见光催化剂,以可见光灯为光源,以染料活性红141（RR141）为模型污染物,研究催化剂的光催化活性。然后再进一步选取稀土元素La,制备和表征了La和I共掺杂TiO₂的可见光催化剂,并对此催化剂的可见光催化活性进行测试,选择草酸为处理对象,进行光催化降解性能的研究。在I-TiO₂光催化降解RR141染料废水中,催化剂表现出很好的光催化活性。实验考察了催化剂用量、溶液pH值、染料初始浓度和反应温度等因素对光催化降解效率的影响,得到光催化降解RR141染料的最佳工作条件。在500W可见光灯照射下、温度24℃条件下,I-TiO₂最佳用量为1.5 g/L,溶液最佳pH值为6.0,染料最佳初始浓度为50mg/L。在最佳工作条件下,光催化反应6h后染料脱色率达到约99%。并通过离子色谱（IC）和气相色谱/质谱联用（GC/MS）测定反应中间产物,据此得出染料的降解机理。在制备La和I共掺杂TiO₂的可见光催化剂（La-I-TiO₂）时,制备多种不同掺杂量及不同温度下煅烧的TiO₂光催化剂。采用X射线衍射（XRD）、比表面分析（BET）、透射电子显微镜（TEM）、X光电子能谱（XPS）、紫外一可见漫反射光谱（UV-Vis）等表征手段,研究La-I-TiO₂光催化剂的结构和光学性能。结果表明,所制备的La-I-TiO₂光催化剂具有明显的红移现象,在可见光区域400-550nm吸收显著增强。以草酸为目标降解污染物,考察了La-I-TiO₂光催化剂在可见光照射下的光催化性能,发现La-I-TiO₂光降解草酸溶液具有很高的活性,其催化性能比I-TiO₂有明显增强。结合自由基捕获剂对光催化降解效率的影响及对光降解反应中间产物的检测可知,草酸首先被吸附在催化剂表面,然后与表面的空穴(h_Vb⁺)和羟基自由基(-OH_ads)反应,此外,光生电子还原氧产生的活性物种（ROS）也会与草酸发生反应,直接把草酸降解为CO₂和H2_O。