LED可見(jiàn)光下等離子激元型Au-TiO2光催化脫除甲醛.pdf

1、甲醛是室內(nèi)空氣中典型可揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）之一。等離子激元型光催化劑可吸收可見(jiàn)光，在室溫常壓下，可利用太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)光催化脫除甲醛。然而，可見(jiàn)光下等離子激元型Au/TiO2光催化劑脫除空氣中甲醛鮮有報(bào)道，該反應(yīng)機(jī)理尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。研究可見(jiàn)光下Au/TiO2光催化劑脫除甲醛的表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)機(jī)理，對(duì)設(shè)計(jì)等離子激元型催化劑及應(yīng)用于脫除VOCs等污染物，具有重要意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴Au/TiO2催化劑的Au粒徑約為4.

2、5nm。紫外-可見(jiàn)漫反射光譜顯示563 nm處出現(xiàn)金納米粒子的等離子共振吸收峰，說(shuō)明可吸收可見(jiàn)光。在13%相對(duì)濕度，綠光光強(qiáng)為38.5 mW/cm2的條件下，光反應(yīng)的甲醛轉(zhuǎn)化率達(dá)74.3%，是暗反應(yīng)的近5倍。⑵Au/TiO2可見(jiàn)光催化氧化甲醛反應(yīng)中，考察不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光源、光強(qiáng)及反應(yīng)氣相對(duì)濕度對(duì)表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響，求得表觀反應(yīng)速率常數(shù)。在LED紅、綠、藍(lán)、白光照射下，隨著光強(qiáng)增加，甲醛轉(zhuǎn)化率快速增加后緩慢增至基本不變。相同光強(qiáng)（低于4

3、2mW/cm2）和濕度條件下，紅、綠、藍(lán)光源的甲醛轉(zhuǎn)化率相近，白光略低于其它光源。干氣氛下，光反應(yīng)和暗反應(yīng)的甲醛轉(zhuǎn)化率幾乎為0%。濕氣氛下，光反應(yīng)和暗反應(yīng)均有甲醛轉(zhuǎn)化率，且光反應(yīng)的更高。不同光源下，甲醛轉(zhuǎn)化率隨相對(duì)濕度變化規(guī)律相似。相對(duì)濕度為21.9%時(shí)甲醛轉(zhuǎn)化率最高，而后保持不變，基本在80%左右。⑶Au/TiO2可見(jiàn)光催化氧化甲醛反應(yīng)的機(jī)理研究表明，無(wú)論干、濕氣氛，TiO2上甲醛只能被氧化至DOM中間體。無(wú)論是否有光照，干氣氛下，A

4、u/TiO2表面生成DOM、甲酸鹽及碳酸鹽等中間物種，但無(wú)CO2生成；濕氣氛下，Au/TiO2表面基本不存在DOM，只有甲酸鹽與碳酸鹽物種，且峰強(qiáng)快速達(dá)到穩(wěn)定值，氣相產(chǎn)物中有CO2生成。濕氣氛下，對(duì)于Au/TiO2上氧化甲醛反應(yīng)，可見(jiàn)光促進(jìn)其速率控制步驟，即甲酸鹽氧化生成碳酸鹽及碳酸鹽分解成二氧化碳的反應(yīng)，可見(jiàn)光也促進(jìn)分解CO2吸附生成的碳酸鹽。無(wú)論是否有光照，根據(jù)峰的位置，Au/TiO2原位漫反射紅外光譜都相同，說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中生成的表