噴霧干燥技術(shù)制備結(jié)構(gòu)可控催化劑及其性能研究.pdf

1、高級(jí)氧化技術(shù)(AOP)是一種去除水中低濃度污染物(10-2～10-3 M)的有效方法。本論文主要就應(yīng)用于光催化氧化和濕式催化氧化中的催化劑開展研究工作。 半導(dǎo)體光催化是一門集光學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)、表面化學(xué)和催化化學(xué)于一體的綜合性學(xué)科，其特征是半導(dǎo)體材料通過(guò)有效吸收光能產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力和還原能力的光生空穴和電子，在催化劑表面發(fā)生直接或間接的氧化或還原反應(yīng)。半導(dǎo)體光催化研究已開展30多年，取得了一些研究成果，但仍然存在許多必須解

2、決的關(guān)鍵性問(wèn)題。就目前研究較多的TiO2系光催化劑而言，其較寬的禁帶寬度和較低的量子效率大大限制了TiO2系光催化劑的發(fā)展。而非TiO2催化劑，如Bi2Ti2O7，BiFeO3，Bi2WO6，因其良好的可見光吸收越來(lái)越受到重視。目前，非TiO2催化劑仍存在比表面積小，形貌不可控，催化效率低等缺點(diǎn)。 催化濕式過(guò)氧化技術(shù)由于其高效的處理能力和優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性而被廣泛應(yīng)用。最常用的催化劑Fenton試劑(Fe2+/H2O2)在實(shí)際應(yīng)用中仍

3、存在適用pH值范圍小、無(wú)法重復(fù)使用、對(duì)環(huán)境造成二次污染等問(wèn)題。因此，高效穩(wěn)定、易于分離的非均相催化劑的研制是催化濕式過(guò)氧化技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。但是目前非均相催化劑含錳氧化物的研究仍存在催化活性難以進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系不明確等問(wèn)題。 噴霧干燥法因簡(jiǎn)單、省時(shí)、易于操作已經(jīng)成為合成各種金屬、金屬氧化物以及納米材料的一種普遍方法。相對(duì)于許多傳統(tǒng)的催化劑制備方法，噴霧干燥法制備的材料具有顆粒尺寸均勻、分散性好、純度高等優(yōu)點(diǎn)。

4、同時(shí)在模板劑的輔助作用下可合成出具有孔結(jié)構(gòu)以及可控微觀形貌的催化劑材料，對(duì)于提高非TiO2光催化劑等催化材料的催化性能具有重要意義。 本論文將采用噴霧干燥制備具有可控結(jié)構(gòu)的多種催化劑材料，包括： 1.噴霧干燥法制備Bi2Ti2O7多孔微球及其光催化性能研究 以F127為模板劑，應(yīng)用噴霧干燥技術(shù)制備了新型多孔微球狀Bi2Ti2O7可見光催化劑。樣品BTO—3-350-500在光催化降解對(duì)氯苯酚和羅單明B反應(yīng)中，光催

5、化活性明顯高于P25 TiO2和化學(xué)沉淀法制備的Bi2Ti2O7。根據(jù)詳細(xì)的表征分析，高活性可以歸因于Bi2Ti2O7的高結(jié)晶度且無(wú)相轉(zhuǎn)移，孔結(jié)構(gòu)所形成的高比表面積，以及有利于光吸收的較窄的的禁帶寬度(2.9 eV)。 2.噴霧干燥法制備可見光催化劑BiFeO3空殼微球 以甘油和乙醇為溶劑分別溶解硝酸鉍和硝酸鐵，應(yīng)用噴霧干燥技術(shù)合成了純相鈣鈦礦型BiFeO3空殼微球。采用多種表征手段，對(duì)產(chǎn)物形貌和組成進(jìn)行了分析。通過(guò)改變

6、甘油的含量，可調(diào)變樣品的殼層厚度，并研究了焙燒溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。在可見光下對(duì)若丹明B的降解反應(yīng)中，本論文制備的樣品較傳統(tǒng)方法制備的材料的活性有大幅度的提高。 3.噴霧干燥法制備核殼結(jié)構(gòu)氧化錳催化劑 以葡萄糖為模板劑，采用噴霧干燥技術(shù)制備了核殼結(jié)構(gòu)的立方相α—Mn2O3催化劑。該催化劑具有較高的結(jié)晶度以及較大的比表面積，同時(shí)這種特殊的核殼結(jié)構(gòu)在反應(yīng)中可作為微反應(yīng)器，可有效提高反應(yīng)速度，使得核殼Mn2O3催化劑在催化過(guò)氧化降