CuOTiO2复合催化剂的光催化性能及锰合营物的促进作用的研究.pdf

摘 要 光催化技术能在温和的实验条件下，使有机化合物发生选择性氧 化。因此，开发具有可见光响应的高催化活性和高选择性的光催化剂， 并将其应用于有机物的合成反应，是当前光催化技术的研究热点。环 己烯和环己烷的氧化产物是很重要的化学中间体，因此能在温和的条 件下实现环己烯和环己烷的选择性氧化，具有非常重要的意义。本课 题开展了半导体氧化物及其复合氧化物催化剂光催化分子氧降解甲 基橙和选择氧化环己烯、环己烷的研究，取得了如下的研究结果。 (1)以醋酸铜为原料、通过水热法(蹦)和添加表面活性剂的方法 (SM)制备了一系列的Cu20催化剂，并通过紫外、氮气吸附脱附、 x．射线衍射、ⅡM等手段对其进行了表征。结果表明所制备的催化 剂在可见光区均有宽带吸收，催化剂的比表面积很小，粒径大小约为 800 我们采用甲基橙的光催化降解反应来评价上述催化剂的光催化性能， 从催化剂的种类、催化剂的用量、溶液的pH值、光照时间等方面进 行了研究。结果表明，采用水热法制备的一系列催化剂中，O．1M醋 Cu20(卸Ⅵ．5t) 酸铜水热反应5h制备的Cu20(删一5。)效果最佳，25mg 在p辟3．5的溶液中光照3h，对甲基橙的降解率可达到96．7％。而采 用添加表面活性剂的方法制备的Cu20(SM)效果更好，在相同的优化 条件下，仅10 mg催化剂就能使甲基橙的降解率达98．6％。 (2)为了制备催化效果更佳的催化剂，我们采用吸附法和共沉淀法 外、氮气吸附脱附、X射线衍射、TEM等手段对其进行了表征，结 催化剂的比表面积分别为20．3—2／g和17．1m2儋，粒径大小约为 30．40IlIIl，且形貌都不规整。在自行设计的小型光反应器中，以卤素 灯作光源、02作氧化剂，pH=3．5的水／丙酮作反应介质，研究了各种 半导体催化剂对环己烯或环己烷的光催化氧化作用以及金属配合物 对半导体催化剂的调配作用。结果表明，单独使用CuO、Cu20、Ti02 半导体氧化物做催化剂，对环己烯的氧化效果很差；而吸附型和复合 型催化剂的光氧化活性有一定的改善。在上述半导体氧化物中加入金 属配合物后，其光催化氧化环己烯的转化率均有所提高，其中对吸附 型和复合型半导体氧化物的改善作用最明显。在检验的金属配合物 可使环己烯的转化率由2．8％上升到20．8％，产物以环己烯醇和环己 烯酮为主，环氧环己烷的选择性很低。通过研究还发现在该体系中， 很难实现环己烷的氧化。在此基础上提出了合理的反应机理。 共同催化分子氧选择氧化环己烯的反应。首先考察了NaoH浓度、煅 烧温度、铜钛的质量比等制备条件对CuO．Ti02催化剂的光催化性能 的影响，结果表明，当NaOH浓度为1M、煅烧温度为600℃、铜钛 质量比为l：1时，制各的CuO．Ti02催化剂催化氧化环己烯的效果最 好；其次，考察了不同的锰源和不同的8一羟基喹啉配体对CuO．Ti02 光催化氧化环己烯的影响，结果表明锰的金属配合物比锰的无机盐对 Cu0．Ti02光催化环己烯氧化的促进作用要明显得多，且含有取代基 的配体比不含取代基的配体的促进作用要明显；最后，我们考察了各 种参数如反应时间、溶剂、温度等对环己烯氧化的影响。通过最优反 应条件，该光催化体系氧化环己烯的转化率可达到32．2％，反应产物 为环氧环己烷(3．7％)、环己烯醇(35．7％)和环己烯酮(60．6％)。 催化氧化 III ABSTRACT cano)【ida．te Pho协c砌如ctechnology o唱aIliccomp呲1ds inIIlild recent selectiVely conditions．Tk爿．ef．ore，iIlyears， expe而nlmt2Ll tlle of developmentand印plicationlightcatalysts、Ⅳitll11i咖catal如c