P25-MnCO3系列可见光催化降解NMHC污染物的应用研究

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近些年来,环境问题给人类造成的危害日趋明显,这是因为经济增长模式与环境保护已有些不和谐,例如雾霾、水体的污染事件日趋严重。其中大气污染和水体污染中的有机物污染已成为人类亟需解决的重大环境问题。TiO2因具备无毒害、来源广成本低、化学性质稳定、环境友好等优点深受很多研究者的青睐,并被广泛应用于光催化降解水和大气污染物中有机物的研究。由于TiO2的禁带宽度3.2 eV,其光响应范围在紫外区,对太阳光的利用比较低仅有5%左右,此外光生电子—空穴对复合率较高,严重限制其在生产实际的应用和商业化的推广。研究出一种新型高效可见光催化剂是目前光催化技术研究的重点。  本文采用简单的化学沉淀法和加热分解法,制备可见光催化剂两个系列P25-MnCO3和 P25-MnCO3/MnOx。通过紫外-可见漫反射光谱、X射线粉末衍射、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)对催化剂进行表征分析其组成成分、结构形貌和吸收性能。通过可见光照射光催化剂降解模拟废气的实验来评价样品光催化活性,通过改变不同的反应条件研究其对光催化降解模拟废气活性的影响,分析实验结果得到的主要结论如下:  1:透射电镜数据显示:P25-MnCO3中的MnCO3有两种形状,大部分是球形,少部分是管状的结构。DRS和XPS数据结果表明MnCO3和TiO2基体之间存在强的相互作用。可见光催化降解模拟废气实验显示P25-MnCO3复合材料的活性远高于单独的P25和MnCO3。三种不同比例(10:1,10:1.5和10:2)的P25-MnCO3光催化活性数据表明P25:MnCO3的质量比为10:2时的活性最高,可达到75%。通过改变循环水温度,考察反应温度对光催化活性的影响。对P25:MnCO3质量比为10:1、10:1.5、10:2进行循环实验,循环实验看其稳定性。总之P25-MnCO3体系是一种新型的性能良好的可见光催化降解NMHC(非甲烷总烃)污染物的催化剂。  2:对P25-MnCO3进行不同温度(100℃,150℃,200℃,250℃)煅烧2 h得到的P25-MnCO3/MnOx系列,P25-MnCO3/MnOx系列的XPS的Mn2p峰表明P25-MnCO3在250℃以下焙烧处理,会有少量MnCO3发生缓慢分解生成MnOx(Mn的价态不确定)。考察不同煅烧温度对催化剂活性的影响发现:P25-MnCO3在200℃煅烧2 h其活性最高。考察质量比对催化剂的影响发现:P25与MnCO3的比例为10:1时,催化剂活性最高。对P25-MnCO3/MnOx-200℃样品进行动力学实验分析,得到其动力学常数为k=2.66 h-1并且符合一级动力学方程。循环实验表明P25-MnCO3/MnOx为一种化学性质稳定新型高效降解NMHC污染物的可见光催化剂。
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