论文部分内容阅读
采用半导体光催化技术降解环境中的有机污染物是一种高效、清洁的方法。在众多的光催化剂中,Ti02因其高效、稳定、清洁、价廉等优点而受到广泛关注。但是,Ti02的光催化量子效率依然很低,还难以满足实际应用的需求。本论文主要采用硼酸根(B4072-)和铁取代的磷钨杂多酸(PW11Fe)表面修饰Ti02,显著地提高了光催化降解水中有机物的活性,并提出了可能的反应机理。具体内容分为以下两个部分：第一部分,考察了Na2B4O7对Ti02光催化反应的影响。研究发现B4072-可以显著提高光催化降解苯酚的活性。例如,在pH=7.0和B4072-浓度为8.0 mM时,苯酚降解的速率常数是单独Ti02体系的3.22倍。这种促进作用也出现在光催化降解2,4-二氯苯酚、光催化产生OH自由基、光催化分解H202和在苯酚存在下光催化还原六价铬的反应过程中。根据B4072-浓度和溶液初始pH值的影响,发现B4072-导致的苯酚降解速率的提高不仅取决于硼酸根的吸附量,还取决于硼酸根的结构。光电化学实验研究表明,B4072-能加快苯酚氧化,但不能加快水氧化。开路电位实验和线性扫描伏安实验表明,B4072-减慢了Ti02导带电子转移,并使平带电位负移81mV。因此,我们认为B4072-首先被Ti02的光生空穴氧化,生成了一种硼酸根自由基。然后,这种硼酸根自由基氧化苯酚,而重新生成硼酸根。由于Ti02的光生电子和空穴成对产生和消耗,B4072-促进空穴转移至苯酚的同时也促进了电子转移到02。这种相互作用将显著提高Ti02的电荷分离效率,从而加快了目标有机物的氧化。第二部分,通过文献方法合成铁取代的磷钨杂多酸(PW11Fe),再以苯酚及2,4-二氯苯酚作为底物,研究了PW11Fe表面修饰对Ti02光催化降解有机物的影响。研究发现在pH 2-7的范围内,PW11Fe/TiO2的光催化活性明显高于单独Ti02,这对实际处理中酸性至中性的有机废水有重要意义。随着PW11Fe的浓度增加,苯酚降解速率呈现先增加后减小的趋势,最佳PW11Fe修饰浓度为2 mM。此外,在苯酚降解过程中,羟基化中间产物的生成量明显增加。通过N2条件下的苯酚降解实验,初步证明PW11Fe能够促进Ti02导带电子转移给02,进而提高光生载流子的分离效率,加速有机物降解。