PFT-TiO-,2-應用于有機物、Cr(Ⅵ)及其復合污染體系的可見光催化研究.pdf

1、在過去的幾十年間，隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴重。半導體光催化高級氧化技術作為一項高效、經(jīng)濟、環(huán)境友好的環(huán)境污染治理技術，越來越被人們所重視。然而，目前對光催化的研究多以紫外光作為光源，且催化對象多為有機污染物或有毒重金屬離子單一體系，較少涉及有機污染物和無機污染共存的復雜體系。而在實際污染中，有機污染與無機污染往往共存在同一體系。因此，在可見光下研究污染物的光催化去除，以及有機、無機污染復合污染體系的光催化反應，將為實際治理

2、環(huán)境污染提供有意義的參考。
　　 本文在前人工作的基礎上，以芴與噻吩聚合物敏化TiO2(PFT/TiO2)作為可見光催化劑，進一步補充和完善了該體系的催化機理，并將其應用范圍擴大到有機染料和鹵代烴、無機Cr(Ⅵ)離子及與實際污染情況更為符合的復合污染體系，同時對各體系的光催化反應機理進行了較為深入的理論探討和機理解釋。結果如下：
　　 ⑴對有機染料羅丹明B和鹵代烴體系的催化研究表明：在可見光照射下，PFT/TiO2對羅丹

3、明B和鹵代烴均有較好的催化降解效果。羅丹明B經(jīng)2 h催化反應后降解為完全無色的物質，TOC的去除率也接近50％。低濃度(200μg/L)的三氯甲烷經(jīng)過5 h光照，出水濃度已低于國家飲用水標準，其降解主要是通過羥基自由基過程。相比之下，溴代三鹵甲烷的光催化降解均比三氯甲烷容易發(fā)生，這是由于氯原子和溴原子不同的電負性造成的。
　　 ⑵對可見光/PFT/TiO2體系催化機理的深入研究表明，氧氣在體系中的作用至關重要，它不僅能及時清除導

4、帶電子，有效抑制光生電子與空穴的復合，同時也是生成其它活性物種的必要反應物。通過電子自旋共振技術(ESR)和自由基淬滅實驗證實了羥基自由基是水溶液中引起有機物光催化氧化的主要活性物種；體系中也存在單重態(tài)氧和超氧自由基，但并不起主要作用；而在無水條件下，單重態(tài)氧是引起有機物氧化降解的主要活性物種。
　　 ⑶對Cr(Ⅵ)的光催化研究表明：Cr(Ⅵ)的還原反應符合一級動力學規(guī)律，溶液pH值和氧氣對該反應有較大影響。對該反應進一步機理研

5、究表明，在整個反應過程中，光生電子起到主要作用。作為敏化劑的PFT在可見光下吸收光子能量產(chǎn)生光生電子，隨后躍遷至TiO2導帶，被吸附在TiO2表面Cr(Ⅵ)捕獲并發(fā)生還原反應生成Cr(Ⅲ)；PFT的電子轉移到TiO2之后生成正碳自由基，由于不能及時補充電子而導致自身結構的變化失去敏化能力。
　　 ⑷對Cr(Ⅵ)與苯酚復合污染體系的光催化研究表明：相比于單一的Cr(Ⅵ)和苯酚體系，復合體系中二者的去除效果均有顯著提高。這是由于二者

6、的氧化還原反應之間存在協(xié)同作用：在復合體系中，Cr(Ⅵ)與TiO2表面的光生電子發(fā)生還原反應，苯酚被PFT激發(fā)后生成正碳自由基氧化，這兩個反應阻止了光生電子和正碳自由基的復合，促進了電荷分離。而且苯酚作為電子給體，能及時補充PFT失去的電子，能保護PFT免遭破壞，有利于催化反應的進行。
　　 ⑸具有不同給電子能力的有機物(包括醇類、小分子有機酸、氯代烴、芳香族化合物和螯合劑)對Cr(Ⅵ)離子光催化還原反應的影研究表明：容易被氧化