硼酸根和雜多酸修飾二氧化鈦的光催化反應(yīng)及機(jī)理研究.pdf

1、采用半導(dǎo)體光催化技術(shù)降解環(huán)境中的有機(jī)污染物是一種高效、清潔的方法。在眾多的光催化劑中，TiO2因其高效、穩(wěn)定、清潔、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。但是，TiO2的光催化量子效率依然很低，還難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。本論文主要采用硼酸根（B4O72-）和鐵取代的磷鎢雜多酸(PW11Fe)表面修飾TiO2，顯著地提高了光催化降解水中有機(jī)物的活性，并提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。具體內(nèi)容分為以下兩個(gè)部分:
　　第一部分，考察了Na2B4O7對TiO2

2、光催化反應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)B4O72-可以顯著提高光催化降解苯酚的活性。例如，在pH=7.0和B4O72-濃度為8.0 mM時(shí)，苯酚降解的速率常數(shù)是單獨(dú)TiO2體系的3.22倍。這種促進(jìn)作用也出現(xiàn)在光催化降解2，4-二氯苯酚、光催化產(chǎn)生OH自由基、光催化分解H2O2和在苯酚存在下光催化還原六價(jià)鉻的反應(yīng)過程中。根據(jù)B4O72-濃度和溶液初始pH值的影響，發(fā)現(xiàn)B4O72-導(dǎo)致的苯酚降解速率的提高不僅取決于硼酸根的吸附量，還取決于硼酸根的結(jié)構(gòu)

3、。光電化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，B4O72-能加快苯酚氧化，但不能加快水氧化。開路電位實(shí)驗(yàn)和線性掃描伏安實(shí)驗(yàn)表明，B4O72-減慢了TiO2導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移，并使平帶電位負(fù)移81mV。因此，我們認(rèn)為B4O72-首先被TiO2的光生空穴氧化，生成了一種硼酸根自由基。然后，這種硼酸根自由基氧化苯酚，而重新生成硼酸根。由于TiO2的光生電子和空穴成對產(chǎn)生和消耗，B4O72-促進(jìn)空穴轉(zhuǎn)移至苯酚的同時(shí)也促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移到O2。這種相互作用將顯著提高TiO2的電

4、荷分離效率，從而加快了目標(biāo)有機(jī)物的氧化。
　　第二部分，通過文獻(xiàn)方法合成鐵取代的磷鎢雜多酸(PW11Fe)，再以苯酚及2，4-二氯苯酚作為底物，研究了PW11Fe表面修飾對TiO2光催化降解有機(jī)物的影響。研究發(fā)現(xiàn)在pH2～7的范圍內(nèi)，PW11Fe/TiO2的光催化活性明顯高于單獨(dú)TiO2，這對實(shí)際處理中酸性至中性的有機(jī)廢水有重要意義。隨著PW11Fe的濃度增加，苯酚降解速率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，最佳PW11Fe修飾濃度為2mM。