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摘 要

本论文以实现复合过渡金属氧化物催化剂制备为主要目的，把溶胶凝胶技术和模板技术结合，制备了六方状型的二氧化钛颗粒。但是经350℃煅烧之后二氧化钛介孔结构遭到破坏，导致材料有序性下降，针对这一问题，采用大原子半径的锰元素进行掺杂增韧，最终形成了锰钛共混形式存在的金属氧化物催化剂，考察了不同含量锰元素对于形成溶胶和煅烧过程中对材料结构稳定性的影响。由于氧化锰材料是一种较好的臭氧催化剂，可以有效催化臭氧分解产生具有更高电位的强氧化性自由基（·OH），对含酚废水能够进行高效降解，在中性条件下，使用不同含量锰掺杂的二氧化钛催化剂进行苯酚废水的催化降解，结构表明3%-MnOx/TiO2催化剂是催化性能最佳的；使用3%-MnOx/TiO2催化剂进行不同pH催化臭氧化降解苯酚并且和单独臭氧化进行比较，从结果可以看出催化臭氧化都优于单独臭氧化过程，并且pH=7更加有利于催化臭氧化的进行；添加叔丁醇实验表明遵循羟基自由基机理。

关键词：氧化锰 有序介孔 催化臭氧化 ·OH

ABSTRACT

In this paper, the preparation of composite transition metal oxide catalyst as the main purpose, the sol gel technology and template technology combined to prepare hexagonal titanium dioxide particles. However, after the calcination at 350 ℃, the mesoporous structure of titanium dioxide was destroyed, leading to the decline of the order of materials. In order to achieve the problem of stabilizing the structure of the material, the manganese atom with large atomic radius was used to achieve the purpose of stabilizing the material structure. The effects of different content of manganese on the stability of the material during the formation of sol and calcination were investigated. As the manganese oxide material is a good ozone catalyst, it can effectively catalyze the decomposition of ozone to produce a higher potential of strong oxidizing free radicals, hydroxyl radicals (· OH), can be highly efficient degradation of phenol wastewater, The structure of 3% -MnOx / TiO2 catalyst is the best catalytic performance. The catalytic activity of 3% -MnOx / TiO2 catalyst for the catalytic degradation of phenol is carried out by using 3% -MnOx / TiO2 catalyst for the catalytic degradation of phenol wastewater with different content of manganese-doped titania catalyst. The results showed that the catalytic ozonation was superior to the ozonation process alone, and pH = 7 was more favorable for the catalytic ozonation. The addition of tert-butyl alcohol showed that the mechanism of hydroxyl radical。

Keywords: manganese oxide; ordered mesoporous; catalysis ozonation; hydroxyl radical

目 录

摘 要 I

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1介孔二氧化钛的合成 1

1. 2溶胶–凝胶法 1

1.3溶剂 2

1.4臭氧氧化技术 2

1.4.1 臭氧的性质及产生机理 2

1.4.3 臭氧氧化技术应用 4

1.5介孔二氧化钛的改性 4

1.6论文选题和研究思路 6

第二章 锰催化剂的制备 7

2.1 实验材料与方法 7

2.2 TiO₂介孔材料制备 7

2.2.1 TiO₂溶胶的制备 7

2.2.2 TiO₂溶胶的性质 9

2.2.3 TiO₂介孔材料的制备 9

2.3 材料表征 10

2.3. 1 热重分析 10

2.3.2 X衍射分析 11

第三章 催化臭氧化降解苯酚 13

3.1 实验材料与方法 13

3.2 结果与讨论 13

3.2.1臭氧催化性能评价 13

3.2.2 苯酚溶液曲线 14

3.2.3 臭氧曝气参数 15

第四章 降解实验的重复性研究 20

4.1 实验材料与方法 20

4.2 本章小结 23

第五章 结论与展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 28

第一章 文献综述

1.1介孔二氧化钛的合成

许多介孔材料是通过在水热条件下自组装表面活性剂和无机材料来合成的。 这种方法的缺点是安全性差、成本高和环境破坏。 他们通常伴随着复杂的合成程序和模板删除过程，因此，科研人员的目标是合成简单有效并对环境友好的介孔材料。

溶胶-凝胶法在一种温和条件下用以合成无机材料，它把原料在溶剂中分解，然后水解，接着醇解或着活性单体的配位反应后，转变为溶胶，然后逐渐形成凝胶的空间结构，在热处理和干燥等一系列过程后制备成固体材料。 制成较小粒径的溶胶颗粒，成品具有很高的纯度，加工温度不需要过高要求，化学成分匀称，反应过程均匀便于控制^[1-2]，用于制备直径小于10纳米的介孔材料。

1. 2溶胶–凝胶法

(Sol–Gel)是用金属酸盐、无机盐或者两者混合物作为起始原，经过水解–缩聚过程形成稳定的溶胶，再经过溶胶转凝胶的方法得到需要产物。其水解–缩聚过程如下式所示(以金属醇盐为例(M(OR)_n (M=Si，Al，Ti，Zr；R=C_nH_{2n 1})，n为金属M的化合价)):

水解反应：

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