TiO2表面活性位調(diào)控及其對氣相甲苯吸附和光催化降解的影響.pdf

1、近年來，空氣污染日趨嚴重，所帶來的危害也日益顯現(xiàn)。空氣污染物中的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)具有毒性和刺激性，嚴重危害人體健康。尋找、開發(fā)合適的技術對VOCs進行治理受到人們高度關注。光催化降解VOCs由于具有反應條件溫和、副產(chǎn)物少等優(yōu)點而被認為是最具應用前景的空氣凈化技術之一。本論文從探討光催化降解VOCs的反應機理及優(yōu)化光催化劑的光催化活性這兩個科學問題出發(fā)，以氣相甲苯為研究對象，銳鈦礦TiO2為基礎光催化劑，利用原位漫反射傅里葉變

2、換紅外光譜(DRIFTS)技術，對甲苯在TiO2上的吸附、酸/堿氣氛修飾對TiO2吸附和光催化性能的影響等進行了研究。論文分為四個部分（四章）:
　　第一章是緒論，主要介紹了相關背景知識及國內(nèi)外相關工作的研究進展。首先，介紹了VOCs的來源及危害，以及一些常見的治理VOCs污染的方法;其次，從光催化原理、光催化的應用和TiO2光催化三方面對光催化技術進行了概述;再次，綜述了光催化降解VOCs的研究進展以及原位紅外光譜在光催化降解甲

3、苯上的應用;最后，給出了本論文的研究內(nèi)容及意義。
　　第二章是TiO2光催化降解甲苯的原位遠紅外光譜研究。在本章工作中我們搭建了原位紅外光譜研究裝置，并利用該裝置對甲苯在TiO2表面的吸附及光催化降解過程進行了研究。通過對比實驗和理論計算，對甲苯在TiO2表面吸附的遠紅外特征峰進行了判定，發(fā)現(xiàn)甲苯是以鄰位、間位、對位這三種可能的構型通過OH…π弱鍵吸附在TiO2表面的羥基基團上，而非本位吸附。羥基基團是TiO2表面最主要的活性吸附

4、位。在甲苯的光催化降解過程中，由于芳環(huán)的共軛及電荷轉移的作用，甲基最先被消耗。我們根據(jù)這些結果提出了甲苯的光催化降解的反應路徑。
　　第三章是酸/堿氣氛修飾對TiO2光催化降解甲苯的作用機理研究。使用鈦酸四丁酯作為前驅體，利用溶膠凝膠法制備了TiO2，并分別用H2S和NH3對TiO2進行氣氛處理獲得了酸/堿氣氛修飾的TiO2。利用XRD、BET、UV-vis DRS、XPS等測試手段對所制備的光催化劑進行了物性表征，利用搭建的氣相

5、光催化的原位DRIFTS研究裝置和光催化活性評價裝置，對氣相甲苯在H2S/NH3修飾的TiO2表面的吸附及降解過程進行了研究。發(fā)現(xiàn)吸附在TiO2表面的H2S分子解離產(chǎn)生的SH基團是甲苯的活性吸附位之一，甲苯可通過SH…π弱鍵吸附在SH基團上，并且相對于OH基團，甲苯更易于吸附在SH基團上，因此H2S修飾增強了TiO2吸附甲苯的能力。在甲苯降解的初始階段，表面SO42-可以保護表面羥基且易于捕獲光生電子，降低了光生電子和空穴的復合幾率，因

6、而表現(xiàn)出較高的降解甲苯的速率。但是H2S修飾的TiO2在光照下產(chǎn)生的O2-·自由基較少，導致了甲苯光催化降解過程中生成的中間產(chǎn)物只有小部分被進一步氧化，大多則累積在光催化劑表面;并且S氧化生成的過多的SO42-不利于光催化劑表面的再羥基化，因而最終的光催化活性不高。而NH3修飾的TiO2表面的NH3由于大量水分子的存在而不易發(fā)生解離，只能以分子形式吸附在Ti4+或表面羥基上，其空間位阻效應阻礙了甲苯的吸附，因而NH3修飾的TiO2吸附甲