Исследование материалов на основе диоксида титана, нанесенного на пористые носители, в реакциях фотокаталического окисления паров органических веществ

• Автор: Селищев, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Феномен фотокатализа
1.2 Принцип действия фотокатализаторов на основе ТЮ
1.3 Кинетические модели для описания фотокаталического окисления
1.4 Фотокаталитические сорбирующие материалы на основе 'П02, нанесенного
на адсорбенты
1.4.1 Влияние адсорбента на кинетику фотокаталитического окисления органических соединений
1.4.2 Методы нанесения ТЮ
1.4.3 Влияние метода приготовления на свойства композиционной системы ТЮ2/адсорбент
1.5 Фотокаталитически активные тканевые материалы
1.5.1 Методы приготовления фотоактивных текстильных тканей
1.5.2 Исследование фотокаталической активности тканевых материалов с нанесенным фотокатализатором
1.5.3 Исследование стабильности фотокаталитически активных тканевых материалов
1.6 Заключение
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Химические реактивы и материалы
2.2 Приготовление образцов ТЮ2/носитель
2.2.1 Термальный гидролиз сульфата титанила ТЮБСЬ
2.2.2 Метод пропитки
2.3 Методы исследования образцов
2.4 Определение кинетических и адсорбционных параметров фотокаталитического окисления паров органических соединений
2.4.1 Эксперименты в статическом реакторе
2.4.2 Измерение изотерм адсорбции органических веществ
2.4.3 Эксперименты в проточно-циркуляционном реакторе
2.5 Измерение прочностных характеристик тканевых материалов
2.6 Математическое моделирование кинетики фотокаталитического окисления
2.6.1 Одностадийная фотокаталитическая реакция окисления (без интермедиата)
2.6.2 Двухстадийная фотокаталитическая реакция с интермедиатом
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АДСОРБЕНТА НА КИНЕТИКУ ПРОТЕКАНИЯ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
3.1 Каталитическая реакция в одну стадию без образования интермедиата

3.1.1 Статический реактор
3.1.2 Реактор идеального смешения
3.2 Двухстадийная каталитическая реакция с образованием промежуточного продукта
3.2.1 Нелетучий интермедиат
3.2.2 Летучий интермедиат
3.3 Заключение
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА НАНЕСЕННЫХ ФОТОКАТАЛИЗАТОРАХ ТЮ2/АДСОРБЕНТ
4.1 Физико-химическое исследование образцов ТЮ2/адсорбент
4.2 Изучение адсорбционных характеристик композиционных
фотокатализаторов
4.3 Изучение кинетики фотокаталитического окисления паров органических веществ на композиционных фотокатализаторах
4.3.1 Влияние адсорбента на кинетику фотокаталитического окисления паров органических веществ в статическом реакторе
4.3.2 Кинетика фотокаталического окисления паров ацетона на нанесенных
катализаторах
4.3.2.1 Эксперименты в статическом реакторе
4.3.2.2 Эксперименты в проточно-циркуляционном реакторе
4.3.2.2.1 Зависимость скорости окисления от плотности слоя фотокатализатора.
4.3.2.2.2 Зависимость скорости окисления от содержания ТЮ2 в сериях образцов ТЮг/віСЬ и Т1О2/АІ2О
4.3.3 Кинетика окисления паров циклогексана на нанесенных катализаторах
4.3.3.1 Эксперименты в статическом реакторе
4.3.3.1.1 Влияние массы катализатора на кинетику окисления в статическом реакторе .
4.3.3.1.2 Влияние текстурных характеристик АУ
4.3.3.2 Эксперименты в проточно-циркуляционном реакторе
4.3.4 Кинетика фотокаталитического окисления паров этанола в статическом реакторе
4.3.5 Кинетика фотокаталитического окисления паров диэтилсулъфида в статическом реакторе
4.4 Концепция создания фотокаталически активных материалов, обладающих повышенной адсорбционной способностью
4.5 Заключение
ГЛАВА 5 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ТКАНЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАНЕСЕННЫМ ТЮ
5.1 Характеристики синтезированных материалов

5.2 Исследование фотокаталитической активности тканевых материалов в
проточно-циркуляционном реакторе
5.3 Исследование стабильности синтезированных материалов
5.3.1 Эксперименты в статическом реакторе
5.3.2 Исследование прочностных характеристик синтезированных материалов
5.4 Заключение
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Гидролиз
Ti(OR)4 + Н20 — Ti(OR)3(OH) + ROH
(1.4.2.2)
2) Конденсация Вытеснение спирта:
Ti(OR)4 + Ti(OR)3(OH) -> Ti20(0R)6 + ROH Вытеснение воды:
2Ti(OR)3(OH) -> Ti20(0R)6 + H20 Суммарная реакция полного гидролиза для алкоксидов: Ti(OR)4 + 2Н20 •— Ti02 + 4ROH Суммарная реакция полного гидролиза TiCl4:
TiCl4 + 401Г -> Ti02 + 4СГ + 2Н
(1.4.2.3)
(1.4.2.4)
(1.4.2.5)
(1.4.2.6)
Соединение-предшественник диоксида титана добавляют в безводный этиловый или изопропиловый спирт. Для получения золя далее в полученный раствор по каплям добавляют водно-спиртовой раствор при постоянном перемешивании. Для ускорения реакции гидролиза также используют кислоты (обычно азотную или серную). В случае ПСЦ для гидролиза используют водный раствор аммиака или щелочи. Образуется коллоидный раствор диоксида титана, pH которого регулируют добавлением щелочи или водного раствора аммиака. Адсорбент используется как субстрат для осаждения частиц золя, он добавляется в раствор в виде порошка и перемешивается длительное время. Возможно также и совместное осаждение ТЮ2 и носителя из раствора. В частности, при синтезе ТЮ2/ЯЮ2 в качестве предшественника 8Ю2 используют тетраэтоксисилан (81(ОШ)4).
Все стадии, перечисленные выше, обычно проводятся при комнатной температуре. Далее идут стадии отделения носителя с нанесенным на него гелем диоксида титана с помощью фильтрования или центрифугирования, промывки водой, сушки при температуре 100-250°С и окончательного прокаливания при температуре 400-900°С. Для термически стойких носителей (8Ю2, А12Оз) прокаливание проводят на воздухе, для АУ - в инертной атмосфере.
Основным недостатком этого метода является высокая стоимость металлорганических предшественников и необходимость высокотемпературной обработки образцов для повышения кристалличности образующегося ТЮ2 и, соответственно, увеличения активности. При прокаливании снижается удельная площадь поверхности образцов, что отрицательно влияет на их активность. Поэтому существует оптимальная температура прокаливания.
3) Термальный и гидротермальный методы
Подробная информация по использованию данных методов представлена в работах [71, 101-103].