锆掺杂铂催化剂光热催化氧化苯活性
多相光催化是最具潜力的处理挥发性有机污染物的技术. TiO2由于价格低廉、化学性质稳定而成为首选光催化剂. Zr掺杂能明显改善TiO2催化活性,因而这方面研究较活跃. 采用溶胶-凝胶法和水热法合成TiO2通常以有机钛为原料, 价格昂贵且存在环境污染, 不利于规模化应用.
Zr掺杂的光催化剂能降解亚甲蓝、4-氯苯酚和乙烯等污染物, 但有关降解气相苯的研究较少.由于苯的毒性和致癌性, 降解油漆和制革车间以及室内挥发性苯的研究迫在眉捷. 鉴于苯环具有稳定的大π键结构, 采用单一的光催化普遍存在降解速度慢和催化剂易失活的问题.
一般认为锐钛矿型TiO2具有较高的光催化活性, 金红石型则无活性. 但也有少数文献认为金红石型活性更高. Zhang等研究了TiO2表面锐钛矿相与金红石相混晶与光催化活性的关系, Gumy等和Yan等也证实锐钛矿型与金红石型的协同效应增加了TiO2光催化活性. TiO2晶型受焙烧温度、掺杂金属离子种类、前驱体及制备方法等因素影响.
四川大学化学学院任成军等人以TiOSO4和ZrOCO3为原料, 采用共沉淀法制备了Zr掺杂量为5%的TiO2样品, 分别于500, 650及700℃焙烧, 然后采用等体积浸渍法负载贵金属Pt(0.5%) 制得系列复合催化剂, 并采用X射线衍射、N2物理吸附、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征. 结果表明, Zr的掺杂提高了TiO2的晶型转变温度, 催化剂的比表面积和TiO2晶格缺陷增加, 产生了较多的氧空位, 催化剂的表面羟基和禁带宽度增加. 适宜的锐钛矿/金红石混晶有效地分离了光生电子与空穴. 催化剂在200℃和30 W紫外光辐照下进行光热催化氧化气相苯实验, 结果表明, Zr掺杂显著提高了催化剂活性, 反应速率常数提高了62%~90%, 适宜金红石相含量的混晶型催化剂活性较单一锐钛矿相更高, 其中, 650℃焙烧的Zr掺杂混晶(含金红石8%)催化剂活性最高. 气相苯的光热催化过程不是光催化与热催化的简单叠加, 而是存在协同作用.