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MnO_2对TiO_2光催化降解不同有机污染物活性的影响

作　者: 张洁
导　师: 马子川
学　校: 河北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: TiO2 光催化 MnO2 抑制作用苯胺苯甲酸衍生物电子密度
分类号: X132
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于光催化氧化技术适用范围广且其对有毒有机物较为敏感,因此成为具有良好应用前景的污水处理方法,也是近些年来的研究热点。而在光催化技术的实际应用中普遍存在着光催化剂易失活的现象,避免该现象的出现是此项技术在实际应用中必须解决的问题。因此,研究光催化剂的失活机理及有机物结构在光催化降解过程中的影响对此项技术的研究发展与应用均有重要意义。锰是自然界中广泛分布的元素之一,以化合态的形式普遍存在于地壳及各种水体中。经研究发现,共存MnO₂颗粒物对不同结构的有机污染物的光催化降解过程有不同程度的抑制作用。本论文的主要工作及研究结果如下:（1）按文献提供的方法制备了环境中较为常见的三种不同结构的MnO₂（δ-MnO₂、α-MnO₂和β-MnO₂）,并通过X射线衍射和扫描电子显微镜的表征手法对制得的MnO₂的晶相结构和形貌特征进行了分析。（2）在UV365/70W紫外光源下,保持初始pH为6.0,研究了不同结构的MnO₂对TiO₂光催化降解苯胺过程中活性的影响。实验表明,三种不同结构的MnO₂都在一定程度上抑制了TiO₂的光催化活性,其中以δ-MnO₂对TiO₂光催化活性的抑制为最强,三种MnO₂的抑制作用大小顺序为:δ-MnO₂＞α-MnO₂＞β-MnO₂。对降解过程中的溶液进行HPLC谱分析得知,MnO₂颗粒物不改变TiO₂光催化降解苯胺的途径,但影响光催化氧化生成不同中间产物的基元步骤的相对速率。（3）通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光光谱（PL）表征,分析并初步探讨了MnO₂对TiO₂光催化活性的抑制机制,分析结果表明,MnO₂的混合加入改变了TiO₂结构中Ti⁴⁺和O^2-之间的化学状态,增大了TiO₂的带隙能,减弱了其对紫外光的吸收能力。MnO₂作为TiO₂的深能级杂质,能提高光生电子-空穴对的复合几率,降低其光催化活性,因此MnO₂对TiO₂产生较强抑制作用。（4）在UV365/70W紫外光源下,保持初始pH为6.0,考察了TiO₂光催化降解苯胺及其衍生物和苯甲酸及其衍生物的降解速率与目标污染物结构的关系。结果表明,其降解速率与苯环上的电子密度有关。而苯环上的电子密度因取代基种类和位置的不同而不同,苯环上电子密度越大,越有利于反应进行,反之则相反。（5）在UV365/70W紫外光源下,保持初始pH为6.0,考察了不同晶型的MnO₂对TiO₂光催化降解苯胺类和苯甲酸类衍生物活性的影响。结果表明,三种不同的MnO₂对TiO₂的光催化活性均表现出抑制作用,且不同结构MnO₂颗粒物对光催化活性的影响顺序依次为:δ-MnO₂＞α-MnO₂＞β-MnO₂。但结构相同的MnO₂颗粒物对TiO₂抑制作用的大小因有机物结构的不同而有所不同,同时实验结果表明MnO₂颗粒物对TiO₂作为光催化剂降解对氯苯胺和间氯苯胺的抑制作用非常微弱。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 光催化处理废水研究概况  10-14
    1.1.1 常见的水处理方法  10-11
    1.1.2 光催化反应机理  11-12
    1.1.3 光催化氧化技术的研究现状  12-14
  1.2 环境中有机废水的主要来源及其危害  14-15
  1.3 光催化技术处理有机废水的研究现状  15-16
  1.4 本论文的选题依据、研究内容和创新点  16-18
第二章实验仪器、材料与方法  18-27
  2.1 实验仪器与试剂  18
  2.2 实验用材料的制备和表征  18-23
    2.2.1 实验用光催化剂  18
    2.2.2 δ-MnO_2制备方法和基本表征  18-20
    2.2.3 α-MnO_2制备方法和基本表征  20-21
    2.2.4 β-MnO_2制备方法和基本表征  21-23
  2.3 光催化反应的实验方法及数据处理  23-25
    2.3.1 实验中所用溶液的配置  23
    2.3.2 光催化反应使用装置  23-24
    2.3.3 光催化反应的实验方法  24-25
  2.4 光催化剂表征分析  25-27
    2.4.1 UV-vis DRS分析  25
    2.4.2 PL谱分析  25-27
第三章 MnO_2颗粒物对TiO_2光催化降解苯胺的影响  27-36
  3.1 引言  27
  3.2 不同结构MnO_2颗粒物对TiO_2光催化降解苯胺的活性影响  27-28
  3.3 苯胺光催化降解过程中溶液的分析  28-31
    3.3.1 苯胺光催化降解过程中溶液的UV光谱分析  29-30
    3.3.2 苯胺光催化降解过程中溶液的HPLC光谱分析  30-31
  3.4 TiO_2光催化剂失活机理研究  31-35
    3.4.1 紫外-可见漫反射光谱  31-33
    3.4.2 光致发光光谱  33-35
  3.5 小结  35-36
第四章 MnO_2对TiO_2光催化降解苯甲酸类有机物的影响  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 MnO_2对TiO_2光催化降解苯甲酸及其衍生物活性的影响  36-42
    4.2.1 取代基不同的苯甲酸衍生物的光催化降解效果比较  36-39
    4.2.2 取代基相同取代位置不同的苯甲酸衍生物的光催化降解效果比较  39-42
  4.3 小结  42-44
第五章 MnO_2对TiO_2光催化降解苯胺类有机物的影响  44-53
  5.1 引言  44
  5.2 MnO_2对TiO_2光催化降解苯胺衍生物活性的影响  44-52
    5.2.1 取代基不同取代位置相同的苯胺衍生物的光催化效果比较  44-47
    5.2.2 取代基相同取代位置不同的苯胺衍生物的光催化效果比较  47-52
  5.3 小结  52-53
第六章研究结论与展望  53-55
  6.1 结论  53
  6.2 研究展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
攻读学位期间取得的科研成果  60

MnO_2对TiO_2光催化降解不同有机污染物活性的影响

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