TiO<,2>柱撑蒙脱石催化剂的制备及对偶氮染料光催化降解行为的研究

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柱撑粘土是一种具有分子级微孔二维结构的一种新型催化剂和载体材料,柱撑粘土的层间距依赖于金属氧化柱撑物的性质.近年来,TiO2光催化作为一种高效的高级氧化技术,得到了不少科研工作者的关注和重视,国内外虽有不少文章对钛柱撑蒙脱石的制备有所报道,但较少探讨制备方法的不同对钛柱撑蒙脱石光催化性能的影响;对其进行回收利用的研究就更加少了;水溶性偶氮染料是最常用的染料,同时偶氮染料已成为废水中的主要污染源。关于TiO2光催化剂对染料的吸附目前已有报道,但利用TiO2-柱撑蒙脱石催化剂降解偶氮染料的研究却少有报道。 本论文分别通过离子交换和离子交换-水热法两种方法制备TiO2柱撑蒙脱石,并对其进行结构与性能的表征,并在此基础上将制备的TiO2柱撑蒙脱石用于对偶氮染料的代表物酸性铬兰K的光催化降解研究中,研究不同条件下TiO2柱撑蒙脱石对酸性铬兰K的吸附与光催化降解行为。本论文还首次尝试通过FIA技术与光化学反应技术的结合,建立了流动注射-光化学反应实验体系,并通过流动注射-光化学反应技术,研究TiO2柱撑蒙脱石对偶氮染料酸性铬兰K的光催化动力学行为,所建立的流动注射-光化学反应系统具有良好的稳定性、重现性,并具有采样量少,自动化程度高等优点,可用于光催化反应的动力学研究中。 论文的主要研究成果如下: (1)通过离子交换法和离子交换-水热法制备了TiO2柱撑蒙脱石。结果表明,离子交换法制备的钛柱撑蒙脱石可使比表面积、孔体积增大,离子交换-水热法制备的钛柱撑蒙脱石,可使锐钛矿的晶型更好,晶粒变大,柱撑蒙脱石结构更稳定。随着水热的温度升高,所需反应时间越短,锐钛矿的晶型更好、发育更完善。离子交换-水热法制备的TiO2柱撑蒙脱石对酸性铬兰K的光催化速率快,效率好,其结果与此方法所制备的光催化剂锐钛矿晶型更好有关。 (2)通过流动注射-光化学反应实验体系,TiO2柱撑蒙脱石对酸性铬兰K的吸附效率,随着pH的增加而减少,这主要是随pH的减小,光催化剂表面所带负电荷也减小,因此对酸性铬兰K阴离子排斥力减小。TiO2柱撑蒙脱石的吸附能力与染料分子结构和光催化剂表面的电荷情况密切相关。同时也说明吸附效果好,其降解的效果也高效,达到平衡后发现降解效果最好的是在PH为1的情况下。 (3)TiO2柱撑蒙脱石对酸性铬兰K的吸附符合Freundlich等温吸附模型。TiO2柱撑蒙脱石在酸性和中性介质中吸附酸性铬兰K遵循单分子层机制,碱性介质的吸附不遵循单分子层机制。 (4)回收再生的TiO2柱撑蒙脱石光催化材料的催化活性与新制备的光催化活性效果很接近。
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