金红石用于降解卤代有机污染物的光催化剂.doc

中国地质大学（北京）期末考试论文专用
课程名称：环境矿物学导论班号：1001113学号：100111姓名成绩：

金红石用于降解卤代有机污染物的光催化剂
摘要：光催化降解法是一种高效的深度氧化过程,可以将水体中的卤代烃类、脂肪、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较快地完全氧化为CO2和H2O或HCl等无害物质。在诸多光催化氧化剂中TiO2因具有稳定性好、光催化活性强、对人体无害等性质,被公认为是目前所发现的光反应最佳催化剂。我们正在进行的实验研究表明,天然钛的氧化物矿物的杂质成分特征、晶格缺陷类型、受热相变特性及超细粉体效应等,在光催化氧化方面有独特性能,在降解卤代有机物方面存在有潜在功能。在查明天然钛的氧化物矿物学特征和介质条件对降解卤代芳烃、卤代烷烃与卤代烯烃等典型卤代有机污染物的影响因素的基础上,正在进一步探讨增强天然钛的氧化物矿物光催化氧化活性的有效改性途径,以筛选出具有高强度氧化降解卤代有机污染物的最佳实验条件,揭示天然钛的氧化物矿物降解卤代有机污染物环境属性,提出天然矿物有效治理卤代有机性污染物方法。利用天然钛的氧化物降解有机污染物技术与利用其它天然矿物处理无机污染物技术相配合,有助于进一步完善无机界矿物学方法治理污染与修复环境的基本功能,拓宽环境矿物学的研究领域,有效降解地表水与地下水中日趋严重的卤代有机污染物,提高金红石优势矿产资源的利用水平。
关键词:金红石有机物污染晶胞体积

自从1972年Fujishima等人发现受辐射的TiO2表面能发生水的持续氧化还原反应以来,有关TiO2光催化理论与技术研究一直是国际上的热点课题.当前为了扩大TiO2光谱响应范围,提高光生电子-空穴利用率,众多学者对TiO2作了大量的改性研究,提出了诸如贵金属沉积、离子掺杂等改性方法.虽然对于掺杂改性机理还存在不少争论,但多数研究者认为适量掺杂钒离子可以提高TiO2光催化活性.需要指出的是,在国内外被广为使用的TiO2即钛白粉均是精细化工产品,研究工作主要集中在人工合成锐钛矿型TiO2上,普遍认为锐钛矿型TiO2的光催化活性较强,而金红石型TiO2几乎没有光催化活性.
目前天然金红石对有机污染物降解能力和方法的研究在国内外一直处于空白状态.一种天然含钒金红石具有良好的光催化活性,并表现出具有降解卤代有机污染物的环境属性.可为降解卤代有机污染物提供矿物学方法,为提高天然金红石优势矿产资源利用水平提供新途径.
1.天然金红石的类质同象
金红石样品中普遍出现V,Fe,Zn和Cu等对Ti的替代,且阳离子总数均大于1,表明该金红石晶体结构中存在氧不足,具有氧空位缺陷.Menetrey等人对金红石(110)面的STM研究结果也证实了这一点.该天然金红石中Cr,Cd,Hg,Pb,As等有毒有害元素含量极低,此可避免造成对处理水体的二次污染问题,体现着天然矿物具有良好的环境协调性特征.Depero等认为金红石中V易于形成配位数低于6的配位形式,V对Ti的替代可引起金红石中配位多面体的扭曲与晶格畸变,导致结构微应力的增加.当V处于最外层氧原子的下方0.05nm位置时,V表现为4价,呈八面体配位.当顶点的氧原子失去时,V表现为5价,呈典型的较为稳定的三方双锥配位.
杂质离子的本质在于控制TiO2的化学配比,从而提高晶格内部和表面的氧空位,易于氧在金红石表面的吸附,结果增强了电子与表面吸附的氧发生反应,实现TiO2半导体粒子的光生电子和空穴的分离,促进光催化活性.各样品的XRD图谱中谱线对应的物相均为金红石,没有发现第2相的衍射峰.说明天然金红石很稳定,经过粉碎、加热、淬火等处理均不会发生相原样、粉碎、加热和淬火样品的XRD图谱A:原样;B:机械粉碎;C:加热1000℃;D:淬火1000℃
样品TiO2V2O5FeOCuOZnOPbOCr2O3CdOHgOAs2O3Nb2O5Ta2O5No195.751.360.450.400.270.000.000.010.000.020.280.06No296.341.310.290.060.240.000.000.000.030.000.000.00No397.370.990.430.200.560.000.380.010.020.000.150.00样品SiO2Al2O3SnO2P2O5MgOCoONiOMnOCaONa2OK2O总和No10.300.280.000.300.000.070.000.000.000.020.0099.34No20.000.000.000.040.230.090.260.000.100.120.0099.12No30.330.050.000.000.000.000.000.000.040.000.00100.55变,而且各样品中的杂质也没有以单独物相出现.
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