本文關鍵詞：全天候光催化反應器的研制及其應用于有機污染物降解，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光催化是一門集物理、化學、材料科學的跨學科類綜合學科,它的原理是半導體材料被入射光激發(fā)之后,產(chǎn)生具有還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴,直接或間接地在半導體表面進行氧化還原反應。光催化由于其在能源利用和環(huán)境治理等領域的潛在應用價值引起了學術界的廣泛關注。半導體光催化研究的歷史已經(jīng)跨越了半個世紀,但離實際應用還有很長一段路要走,主要困難問題在于(1)現(xiàn)有的光催化劑對光的捕獲與利用率差;(2)光生電子和空穴易復合導致光催化效率差;(3)針對實際應用,開發(fā)更加高效的光催化反應器。所以,目前科學界研究的重點主要包括:(1)可見光催化劑的設計,提高對太陽光的利用率,(2)抑制光生電子和空穴的復合(包括光催化劑的結構裁剪和組成修飾等),提高光催化量子效率,(3)開發(fā)光催化新的應用領域,如光催化分解水制備氫氣、二氧化碳還原、光催化選擇性氧化、光催化抗菌、光催化殺菌等。集成光催化技術是提高光催化效率的重要途徑。有文獻報道,只要在光催化劑上施加1 V以下的偏電壓,就可以很大程度的提高光催化效率。本論文主要針對光催化處理印染廢水中的瓶頸問題,開展應用于染料廢水處理的研究,主要研究內容如下:(1)設計新型懸浮式全天候光催化反應裝置:反應裝置中包括太陽能儲存部件(太陽能電池板和蓄電池)、紫外燈(無太陽光照時,可繼續(xù)光照)、光催化反應部件(以粉末光催化劑為研究對象,可實現(xiàn)光催化劑懸浮),裝置中所設計的太陽能電池板將日間過量的太陽光能量存儲在蓄電池中,在夜間點亮紫外燈繼續(xù)進行光催化,一方面,實現(xiàn)將太陽光轉換成短波長的紫外光,提高光催化效率,另一方面,在夜間無光照時提供紫外燈光照,實現(xiàn)全天候光催化。以P-25(商用Ti O2)為光催化劑的研究對象,以甲基橙(MO)、苯酚(Phenol)、甲基藍(MB)和羅丹明B(Rh B)作為評價降解效率的模擬污染物,用于研究模擬染料廢水在該反應裝置中的降解過程。通過對反應器基本參數(shù)的優(yōu)化,以達到最佳光催化反應降解條件。(2)針對懸浮式光催化反應裝置需要分離光催化劑的特點,采用醇熱法制備高效易分離的Ti O2光催化劑,該二氧化鈦具有較高的比表面積、孔容和孔徑,通過優(yōu)化合成條件得到滿足實際降解需求的Ti O2光催化劑。利用SEM、TEM、XRD等手段對其形貌和結構進行表征,并對結構的形成機理以及活性提高的原因進行研究與討論。實驗研究結果表明,該光催化劑成功應用于懸浮式全天候光催化反應器,并且在模擬和戶外條件下,都獲得了良好的降解活性。(3)設計全天候光電催化反應器反應裝置,反應裝置中包括太陽能存儲部件(太陽能電池板和蓄電池)、紫外燈(無太陽光照時,可繼續(xù)光照)、光催化反應部件(以Ti O2光催化電極為研究對象,可實現(xiàn)光催化劑固定),該光催化裝置的主要優(yōu)點是除了可以全天候運作,實現(xiàn)了光催化劑的固定,另一方面可以在光催化電極上施加少量偏壓,可實現(xiàn)在光催化劑中光生電荷的高效分離,提高其光催化性能包括太陽能電池板及紫外燈管,將光電催化劑及紫外燈與太陽能電池板連接,太陽能電池板于日間持續(xù)吸收和儲存過剩的光能并轉化為電能。一可提供偏壓以實現(xiàn)反應器的光電催化;二可通過供電紫外燈光照,實現(xiàn)太陽光轉化為短波長紫外光,提高光催化的效率,并在夜間持續(xù)光照,繼續(xù)光催化反應。整個工作以多個典型模擬有機污染物為研究對象,實現(xiàn)全天候光催化降解廢水中染料污染物。選擇的光催化劑是通過陽極氧化法制備的在金屬鈦片上負載陣列Ti O2管為光催化劑光催化電極,并通過修飾Au納米顆粒提高光催化劑的導電性電極的性能,在施加的偏電壓作用下實現(xiàn)光電催化,降低光生電子-空穴的復合率,并提高光催化的效率。實驗研究結果表明,在施加的偏電壓作用下,全天候光電催化反應器成功運行裝置研制成功,并且在模擬和戶外真實條件下,對模擬有機污染物染料廢水降解、水解產(chǎn)氫以及二氧化碳還原都取得了良好的光催化活性。(4)設計可模塊化組裝的改良版第二代全天候光電催化反應器反應裝置,擬實現(xiàn)在自然光和太陽能動力下的光催化氧化反應,同時模塊化的板式組合結構使應用更為方便。為了實現(xiàn)上述目的,本實用新型裝置由催化反應器、光源系統(tǒng)(太陽能電池板和蓄電池)和催化劑載體(陽極氧化法制備的在金屬鈦片上負載陣列Ti O2管為光催化電極)構件組成。依然選擇在金屬鈦片上負載光催化劑,并在施加偏電壓情況下實現(xiàn)光電催化,以提高光生電子-空穴的分離效率來提高光催化的效率。設計該的反應裝置的目的是器降低了運行過程中入射光的損耗,通過控制光所要穿透的液層厚度,確保鈦片光催化劑電極上負載的光催化劑能夠獲得更為充分的光照,克服染料廢水色度有機模擬污染物和溶劑水對光照射光催化劑時產(chǎn)生的“屏蔽效應”。本裝置具有結構簡單、組裝便捷、節(jié)能高效的特點。反應裝置與紫外光部件的多重單元組合,提高了系統(tǒng)流程和場地的適用范圍(不同因子的多級反應、不規(guī)則工作場地的應用等)。太陽能光伏發(fā)電并驅動直流型氣泵和紫外燈,不僅低壓安全可靠,而且避免了裝備在使用時的電纜拖累和材料浪費。
【關鍵詞】：全天候光催化反應器反應裝置 新型TiO2光催化劑 TiO2光催化電極 光電催化 模塊化組裝
【學位授予單位】：上海電力學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TQ052
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 前言11-19
• 1.1 光催化技術的研究背景11
• 1.2 半導體光催化的應用概述11-12
• 1.3 TiO_2光催化概述12-13
• 1.4 光催化反應器的研究概述13-17
• 1.4.1 提高光的利用率的光催化反應器13-14
• 1.4.2 提高光催化劑利用率的光催化反應器14-15
• 1.4.3 提高光的透過性的光電催化反應器（轉盤膜）15-17
• 1.5 立題依據(jù)17-19
• 第二章 實驗部分19-24
• 2.1 實驗試劑與儀器19-20
• 2.1.1 實驗試劑與原料19-20
• 2.1.2 實驗儀器20
• 2.2 催化劑的制備20-21
• 2.2.1 多孔單晶TiO_2樣品的制備20-21
• 2.2.2 Au/TiO_2-NTs納米管陣列的制備21
• 2.3 全天候光（電）催化反應裝置的搭建21-23
• 2.4 光催化性能測試23-24
• 第三章 全天候光催化反應器研制及其性能研究24-36
• 3.1 引言24-25
• 3.2 結果與討論25-35
• 3.2.1 全天候光催化反應器的反應條件優(yōu)化25-27
• 3.2.2 全天候光催化反應器戶外實測27-28
• 3.2.3 反應器光催化劑的優(yōu)化28-35
• 3.2.4 全天候光催化反應器戶外實測35
• 3.3 本章小結35-36
• 第四章 全天候光電催化反應器36-51
• 4.1 引言36
• 4.2 結果與討論36-50
• 4.2.1 光電催化材料分析36-37
• 4.2.2 全天候光電催化反應器的反應條件優(yōu)化37-40
• 4.2.3 反應器的光電催化性能研究40-42
• 4.2.4 模擬太陽光活性測試42-43
• 4.2.5 全天候光電催化反應器戶外實測43-45
• 4.2.6 全天候光電催化反應器應用于產(chǎn)氫還原反應45-47
• 4.2.7 全天候光電催化反應器應用于CO2還原反應47-50
• 4.3 本章小結50-51
• 第五章 第二代全天候光電催化反應器51-54
• 5.1 引言51
• 5.2 結果與討論51-53
• 5.2.1 光的透過率隨溶液厚度的變化51-52
• 5.2.2 第二代全天候光電催化反應器的搭建52-53
• 5.3 本章小結53-54
• 第六章 結論與展望54-56
• 參考文獻56-60
• 致謝60-61
• 攻讀學位期間取得的研究成果61-62
• 附件62

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 林少華;李田;;固定膜太陽能光催化反應器的研究現(xiàn)狀與展望[J];工業(yè)用水與廢水;2005年06期

2 張凌云;張東翔;黎漢生;;廢水處理光催化反應器研究進展[J];水資源保護;2006年04期

  本文關鍵詞：全天候光催化反應器的研制及其應用于有機污染物降解，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：316906