金屬離子摻雜二氧化鈦板式光催化微反應(yīng)器.pdf

1、基于TiO2的光催化污水凈化技術(shù)是一種十分有潛力的環(huán)保技術(shù)，而微反應(yīng)器則是化工領(lǐng)域未來發(fā)展的重要方向，將微反應(yīng)器開發(fā)應(yīng)用于光催化污水處理將顯著提高其催化效率，促進光催化污水凈化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用進程。
　　本文通過金屬蝕刻技術(shù)在不銹鋼板上制得了不同結(jié)構(gòu)的基底，并采用溶膠-凝膠法在基底上負載金屬離子摻雜改性的TiO2涂層，制得板式光催化微反應(yīng)器。通過X射線衍射、紫外-可見漫反射吸收光譜以及掃描電子顯微鏡觀測等手段對催化劑涂層進行了表征

2、。結(jié)果表明，煅燒溫度高于400℃時，涂層中TiO2以銳鈦礦形式存在；隨著煅燒溫度升高，涂層中銳鈦礦晶型完整度降低、粒徑增大；當煅燒溫度達到700℃時，涂層中產(chǎn)生金紅石相；當金屬離子摻雜濃度不超過0.5％時，隨著摻雜濃度的增大，涂層龜裂程度降低，晶粒粒徑略微增大；不同金屬離子摻雜的TiO2涂層微觀形貌較為接近；銅離子摻雜能夠提高TiO2在可見光區(qū)的對光能的吸收。
　　以亞甲基藍和甲基橙作為光催化降解底物，考察了微反應(yīng)器光催化性能，并

3、對其制備工藝進行優(yōu)化。得到了負載有400℃煅燒制得的0.04%銅離子摻雜TiO2光催化涂層的單通道結(jié)構(gòu)微反應(yīng)器。該微反應(yīng)器在200W氙燈光照下，90秒停留時間內(nèi)，對亞甲基藍和甲基橙的降解率分別達到了65%和45%。通過控制氙燈光照強度，證明了金屬離子摻雜TiO2催化劑具有更高的量子效率；通過太陽光照實驗，驗證了氙燈作為太陽光模擬光源的可行性。
　　實驗測定了單通道微反應(yīng)器中底物的停留時間分布，其流型接近平推流。分別對亞甲基藍與甲基

4、橙的光催化降解反應(yīng)動力學進行了研究，并測定其降解產(chǎn)物。結(jié)果表明：無摻雜TiO2催化降解亞甲基藍為完全氧化降解過程，降解率受水中溶解氧含量限制；當溶解氧含量不足時，金屬離子摻雜的TiO2則能夠催化亞甲基藍的不完全氧化降解，產(chǎn)生多種中間降解產(chǎn)物；當氧氣含量充足時，亞甲基藍催化降解過程為符合動力學一級反應(yīng)的完全氧化反應(yīng)；無論催化劑是否摻雜金屬離子，甲基橙的催化降解均為不完全氧化的動力學一級反應(yīng)。通過對文獻報道的各式光催化微反應(yīng)器進行分析比較，