Co/C共掺杂型TiO2光催化剂的制备、表征及催化性能研究

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本文主要研究Co、C掺杂改性TiO2光催化剂的制备、结构表征及光学性能;考察紫外光下实验因素对降解率的影响及预测降解机理、拟合降解模型。通过溶胶凝胶法,钛酸丁酯为前驱物、无水乙醇作为溶剂、冰醋酸作为抑制剂、Co(NO3)2?6H2O为钴源、葡萄糖为碳源分别掺杂以及共同掺杂制备TiO2光催化剂;并用XRD、SEM-EDS、UV-vis等对催化剂的表观形貌、组成结构及光学特性等进行表征,样品衍射峰型尖锐,均为锐钛矿型,表面形貌近似球状堆积,可见光区的响应性增强。以苯酚作为目标污染物,根据催化性能,得出最佳煅烧温度为450℃,Co2+/C共掺杂时最佳配比为0.035%Co2+,2.55%C。以最佳掺杂的Co-C/TiO2作为光催化剂,在紫外光下,研究降解时间、催化剂用量、初始浓度、H2O2体积、pH值对苯酚、2,4-二氯苯酚和五氯苯酚钠降解率的影响。单因素实验的结果表明:催化剂质量和初始浓度对三种氯代酚的降解率影响较大;pH值对不同的底物影响不同:酸性条件有利于苯酚和2,4-二氯苯酚的降解,而弱碱性环境有利于五氯酚钠的降解。正交实验表明2,4-二氯苯酚和五氯苯酚钠在最佳降解条件下,最大降解量分别达到198.10mg/g和453.82mg/g。响应面实验设计及模型拟合表明:苯酚的降解量与因素之间的函数关系可以用回归方程来拟合,因素影响大小为:催化剂投加量>pH值>初始浓度;优化得到降解苯酚的最佳条件为加入0.05g催化剂,初始浓度为17.44μg/m L,pH=5.68时,解量可以达到15.67mg/g。研究初始浓度对三种氯酚降解动力学的影响,绘制降解的动力学曲线;分别对苯酚、2,4-二氯苯酚、五氯苯酚钠的降解速率进行一级动力学拟合,依据线性相关系数,表明三种氯酚的降解过程都比较符合一级动力学;以五氯苯酚钠的降解为例,进行L-H模型拟合,得到Co-C/TiO2降解五氯苯酚钠的动力学方程。最后根据Co-C/TiO2降解苯酚、2,4-二氯苯酚、五氯苯酚钠过程中的紫外吸收光谱图及参考文献,分析推测出三种氯酚降解机理与降解途径主要包括三步:脱氯、羟基化、开环,最终矿化为CO2、H2O等小分子物质。
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