研究报告

  • 何奕明,王剑斌,陈洲洋,黎宝仁,张再利,樊青娟,魏在山.氮掺杂二氧化钛复合催化膜降解甲苯气体研究[J].环境科学学报,2016,36(9):3409-3418

  • 氮掺杂二氧化钛复合催化膜降解甲苯气体研究
  • Photocatalytic degradation of toluene by nitrogen-doped titanium dioxide composite film
  • 基金项目:国家自然科学基金(No.21377171);中央高校基本科研业务费专项资金
  • 作者
  • 单位
  • 何奕明
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 王剑斌
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 陈洲洋
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 黎宝仁
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 张再利
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 樊青娟
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 魏在山
  • 中山大学环境科学与工程学院, 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室, 广州 510275
  • 摘要:采用溶胶-凝胶法以聚丙烯(PP)中空纤维膜为载体制备了N-TiO2/PP复合催化膜,并考察了其催化降解甲苯有机废气的性能.结果发现,紫外光催化的甲苯降解率可达84%,去除负荷为89.8 g·m-3·h-1,自然光催化的甲苯降解率可达63.9%,去除负荷为69.25 g·m-3·h-1.同时,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、X-射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征了N-TiO2/PP复合催化膜,并采用GC-MS分析甲苯降解过程的中间产物并推测甲苯反应过程机理.采用GC-MS分析出口气样的研究结果表明,苯(C6H6)、苯甲醛(C7H6O)、苯乙酸(C8H8O2)、丙烯醛(C3H4O)、甲酸甲酯(C2H4O2)为甲苯光催化降解的中间产物.N-TiO2/PP复合催化膜降解甲苯的机制为甲苯气体通过中空纤维膜传质到N-TiO2/PP复合催化膜,光催化产生羟基自由基,甲苯气体被羟基自由基氧化成中间产物,并继续降解为最终产物二氧化碳和水.
  • Abstract:The N-doped titanium dioxide was prepared by the sol-gel method, which was then loaded on Polypropylene (PP) hollow fiber membranes to prepare N-TiO2/PP composite members. The photocatalytic degradation of toluene over N-TiO2/PP was tested with the use of UV irradiation and visible light. Removal efficiency of toluene by UV irradiation was up to 84% and the maximum elimination capacity reached 89.8 g·m-3·h-1. The removal efficiency of toluene by visible light was up to 63.9% and the maximum elimination capacity reached 69.25 g·m-3·h-1. UV-Vis spectra, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) were used to characterize the prepared N-TiO2/PP. GC-MS was used to detect outlet gases. The gas-phase photodegradation intermediate organic products identified by gas chromatography/mass spectrometry (GC-MS) were benzene (C6H6), benzaldehyde (C7H6O), phenylacetic acid (C8H8O2), acrolein (C3H4O), and methyl formate (C2H4O2). Toluene diffused from the gas-phase to the surface of the N-TiO2/PP membranes, and then was oxidized into CO2 and H2O by the strong oxidant hydroxyl radicals.

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