论文总字数：18426字

摘 要

光催化反应是时下非常流行的催化反应之一，其研究的内容非常广泛，借助红外光谱技术研究催化剂反应过程中的反应机理应用最广，有机物的光催化反应，光分解水制氢，以及苯的催化氧化等化工反应。TiO₂ 是目前被认为活性最好的也是最稳定的光催化剂之一，虽然其只对紫外线光响应，但仍是研究的重点，本论文的研究重点就是基于二氧化钛的光催化材料的合成及应用。

本论文主要研究了制备光催化剂二氧化钛粉体的最佳制备工艺条件;通过调研和比较,选用溶胶一凝胶法以钛酸正丁醋为主要原料,无水乙醇作为溶剂,冰醋酸作为抑制剂,来制备二氧化钛颗粒光催化剂^[1]。用实验方法研究了各反应物用量对时间和光催化性能的影响,同时研究了不同焙烧温度和焙烧时间对催化活性的影响,获得了二氧化钛光催化剂的实验室最佳制备工艺条件^[2]。并利用X射线衍射法对所制得的二氧化钦粉体进行表征测试,研究了粉体在锻烧过程中的相变过程。并对所制备的改性后的光催化剂进行了X射线衍射分析,重点考察了二氧化钛粉体的晶型结构、晶型尺寸的影响^[3]。

关键词：二氧化钛 苯羟基化 苯酚 光催化紫外光照

ABSTRACT

Photocatalytic reaction is one of the very popular nowadays, catalytic reaction, its research content is very wide, with the help of infrared spectroscopy was used to study the reaction process of reaction mechanism is the most widely used, photocatalytic reaction of organic matter, light decomposition of water to hydrogen, and benzene catalytic oxidation chemical reaction. Titanium dioxide (TiO₂) is currently considered by the activity of the best and most stable photocatalyst of, although it only to ultraviolet light response, but is still a research focus, this thesis focuses on the research is based on the synthesis and application of TiO₂ photocatalytic materials. This paper mainly studies the preparation of photocatalyst TiO2 powder best preparation process conditions; through research and comparison, selection of sol gel method with titanate is Ding vinegar as the main raw material, ethanol as solvent, glacial acetic acid as an inhibitor for the preparation of TiO2. Using experimental methods studied effects of the amount of reactant on time and photocatalytic performance, at the same time, the effect of different calcination temperature and time on the catalytic activity, obtained the optimum process conditions for preparation of titanium dioxide photocatalyst laboratory. And the use of X-ray diffraction characterization of the prepared titanium dioxide powder body, the powder in the calcination process of phase change process. And the light reminder after the modification.

The X ray diffraction analysis was carried out, and the effect of the crystal structure and the crystal size of the TiO₂ powder on the structure and the crystal size of the TiO₂ powder was studied.

KEYWORDS: Titania Benzene hydroxyl Phenol Photocatalysis UV illumination

目录

摘要 I

ABSTRACT I

第1章 文献综述 2

1.1 引言 3

1.2 光催化机理 …………………… 5

1.3 影响TiO2光催化的效率的因素 3

1.3.1 晶体结构概述……………………………………………………………………. 3

1.3.2颗粒粒径的影响………………………………………………………………….. 4

1.3.3催化剂投加量影响.. ……………………………………………………………....5

1.3.4 溶液pH值的影响...................................................................................................6

1.4 光催化苯羟基化进展………………………………………………………………….. 7

第2章 实验方法 9

2.1 实验所用试剂及药品 9

2.2 催化剂的制备 …………10

第3章 二氧化钛在苯羟基化中的应用………………………………………………………….11

3.1 催化剂的表征 11

3.2 X射线衍射仪（XRD） 15

3.3红外光谱分析（FT-IR） 16

3.4 紫外可见漫反射分析（UV-Vis） 17

3.5 催化剂的光催化性能测试 18

第4章 全文结论 19

参考文献 24

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 引言

苯酚是一种重要的有机化工原料，在工业上具有广泛的用途。目前工业上生产苯酚主要是采用异丙苯法^[4]。虽然目前异丙苯法生产苯酚的工艺很成熟，但是该三步反应仍有一些显著的缺点，例如能耗大、苯酚收率低、同时还存在易发生爆炸的中间产物(异丙苯的氧化产物)、会产生与苯酚等物质的量的副产物丙酮，需要加入酸及多种有机试剂，造成资源浪费、操作不便及环境污染等缺点，不符合可持续发展战略。随着绿色化学观念的普及，近年来人们从提高反应的原子经济性和绿色性方面着手，开始研究如何利用苯直接羟基化制备苯酚，而研究的内容主要集中在反应的氧化剂及相应的催化剂的选择上，并取得了一定的研究进展，而且已经显示出了工业化的前景。

1.2 光催化机理

半导体材料能作为光催化剂是由其本身的光电特性所决定的。半导体粒子的能带结构，一般由低能的价带和高能的导带构成，价带和导带之间存在禁带。当能量大于或等于能隙的光（hv≥Eg）照射到半导体时，半导体微粒吸收光，产生电子-空穴对。电子-空穴对一般有皮秒的寿命，足以参与氧化还原反应，还原和氧化污染物。光致空穴具有很强的得电子能力，具有强氧化性，可夺取半导体颗粒表面有机物或溶剂中的电子，使原本不吸收光的物质被活化氧化。强氧化剂光生空穴和羟基自由基氧化有机物，生成有机自由基，接着在分子氧存在的情况下并氧化成氧自由基，这些中间体经过热力学反应进行氧化降解，成为水、二氧化碳以及矿化物。 在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h ）^[5]。激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H₂O，O₂反应生成氧化性很活波的羟基自由基（•OH）和超氧离子自由基（•O₂-）^[6]。能够把各种有机物氧化直接氧化成CO₂、H₂O等无机小分子，而且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生中间产物。

1.3 影响TiO₂光催化的因素

1.3.1晶体结构的影响

TiO₂主要有两种晶型—锐钛矿型和金红石型，锐钦矿型和金红石型均属四方晶系，图1-2为两种晶型的单元结构^[7]， 两种晶型都是由相互连接的TiO₆八面体组成的，每个Ti原子都位于八面体的中心，且被6个O原子围绕。两者的差别主要是八面体的畸变程度和相互连接方式不同^[8]。

图1-1双氧二氧化钛晶体结构图

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