納米二氧化鈦晶型對其催化臭氧活性的影響機理研究

《納米二氧化鈦晶型對其催化臭氧活性的影響機理研究》是依託東北大學，由楊憶新擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米二氧化鈦晶型對其催化臭氧活性的影響機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊憶新
• 依託單位：東北大學

中文摘要

催化臭氧化技術是一種非常有套用前景的飲用水深度處理技術。二氧化鈦無毒、穩定、沒有金屬離子溶出現象，是一種性能優良的催化劑。申請者採用納米二氧化鈦催化臭氧化工藝去除水中難降解有機污染物取得了良好效果，電子自旋共振波譜檢測證實了催化臭氧化反應遵循羥基自由基機理。納米二氧化鈦的晶型對其催化臭氧化活性有很大的影響，金紅石和無定形二氧化鈦的活性明顯高於銳鈦礦。.本項目擬深入研究納米二氧化鈦催化臭氧化過程的機理；重點分析晶型對二氧化鈦表面性質、分解臭氧、吸附有機物過程的影響規律，揭示二氧化鈦晶型對其催化活性的影響機理，在此基礎上研究納米二氧化鈦催化臭氧化降解典型有機物過程中的產物種類、濃度及毒性的變化規律，分析推測典型有機物的降解途徑。本研究將為納米二氧化鈦催化臭氧化技術的實際套用提供理論支持。

結題摘要

納米二氧化鈦作為一種穩定無毒的催化劑材料，在臭氧氧化過程中表現出良好的催化效率，然而催化劑作用機理仍未明確。研究二氧化鈦結構、晶型對表面性質以及催化臭氧化活性的影響，分析催化劑活性強弱的原因，是本項目的主要目的。採用溶膠——凝膠法製備無定形納米二氧化鈦，通過熱處理得到結晶型催化劑。催化劑在晶型轉變的過程中，表面性質也發生了變化。對催化劑進行XRD、TEM、BET、TG-DSC、Zeta電位、pHzpc、Raman、FT-IR、XPS表征分析，二氧化鈦在熱處理過程中逐漸由銳鈦礦轉變為金紅石，比表面積急劇降低，表面羥基和有機基團逐漸揮發，Zeta電位由正轉負，pHzpc由酸性向中性過渡。FT-IR分析表明，氣相臭氧分子在納米二氧化鈦表面吸附並生成活性氧物種，無定形二氧化鈦保留的表面羥基使其對臭氧的作用最強。在水溶液中，無定形二氧化鈦對臭氧的吸附/分解能力仍是最高，但採用EPR檢測催化臭氧化體系的羥基自由基，發現700℃燒結得到的金紅石最有利於引發臭氧轉化生成自由基。無定形和結晶型二氧化鈦催化臭氧化的機制有所不同，無定形二氧化鈦的表面羥基是催化臭氧的活性位，而結晶型二氧化鈦則憑藉其在水溶液中生成的水化羥基表面與臭氧作用。目標污染物莠去津幾乎不被催化劑吸附，而催化臭氧化反應能夠有效地去除水中莠去津，並依次生成脫烷基（去乙基莠去津、去異丙基莠去津、去乙基去異丙基莠去津）、脫氯（二氨基三嗪）、脫氨基（5-氮尿嘧啶）產物。莠去津雖然不能被完全礦化，但它的毒性在催化臭氧化過程中顯著降低。