Закономерности фотокаталитического окисления азотсодержащих соединений на поверхности диоксида титана

• Автор: Колинько, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Что ТАКОЕ ФОТОКАТАЛИЗ.

1.2. Природа действия фотокатализатора1 о

1.3 Факторы, влияющие i а фотокаталитическую активность.

. 3.. Влияние метода приготовления на фотокаталитическую активность

1.3.2. Влияние кинетических факторов на фотокаталитическую активность

1.4. Существующие на настоящий i, методы нейтрализащи азотсодержащих ВЕЩЕСТВ.

.. 1. Утилизация несимметричного диметилгидразина2

1.4.2. Окисление аммиака.
1.4.3. Деструкция соединении. содержащих цианидную группу
1.4.4. Фотокаталитическая деструкция других азотсодержащих соединений3
1.5. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРС1 ЩИ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОКДИ0 1ИЙ НА ПОВЕРХ СТИ ТЮ2 МЕТОДАМИ ИКСПЕКТРОСКОПИИ
1.6. Заключение литературного обзора.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Реактивы, материалы и растворы
2.2. Аналитические методы и приборы
2.3. МОДКФИ1 щ ров А ше поверхности ТЮ2.
2.3.1. Химическое модифицирование
2.3.2. Фотохимическое модифицирование
2.3.3. Модифицирование ТЮ2 оксидом магния
2.4. Проведение адсорбционных и кинетических экспериментов.
2.4.1. Эксперименты с использованием методов ИКспектроскопии i i
2.4.2. Испытания фотокатализаторов в статическом реакторе
2.4.3. Испытания фотокатализаторов в проточном реакторе
2.4.4. Расчет квантовых Директивностей.
2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИК СПЕКТРОВ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОТОКАГАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОГО ДИМЕТИЛ ГИДРАЗИНА
3.1. Исследование превращений НДМГ в газовой фазе и на поверхности методом ИКФурье
СПЕКТРОСКОПИИ I I
3.2. адсорбция НДМГ на поверхности i
3.3. Изучение кинетики фотокагалитического окисления 1 ДМГ в проточном и
СГАТИЧЕС ком РАХ.
3.4. Пути превращения атомов азота в ходе фотоокисления ндмг. схема фотоокисления
3.5. Изучение стабильности работы по в процессе фотока галитического окисления НДМГ
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ АММИАКА.
4.1. Адсорбция аммиака на поверхности ТЮ2
4.2. ФОТ ОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЯ АММИАКА НА ПОВЕРХНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ТЮ2
4.3. ИЗУЧЕНИЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ АММИАКА НА ПОВЕРХНОСТИ ТЮ2,
МОДИФИЦИРОВАННОГО БЛАГОРОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ОКСИДАМИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
4.4. ИЗУЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ ТЮ2 В РОЦЕССБ ФОТОКАТАЛИТИЧНСКОГО ОКИСЛЕНИЯ
АММИАКА
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ДИЭТИЛЦИАНОФОСФОНАТА.
5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ДЭЦФ МЕТОДОМ ИКФУРЬЕ СПЕКТРОСКОПИИ I I.
5.2. Влияние модифицирования поверхности ТЮ2 на фотокаталитическок окисление ДЭЦФ
5.3. АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ДЭЦФ
5.4. Изучение стабильности работы ТЮ2 в процессе фотокаталитическогоокисления ДЭЦФ
БЛАГОДАРНОСТИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Согласно такому подходу, фотокаталитические процессы эго самопроизвольно протекающие процессы, энергия Гиббса которых меньше нуля, а скорости в присутствии полупроводников, облучаемых светом, увеличиваются. Под действием облучения либо изменяется путь протекания реакции, либо уменьшается энергия активации самой реакции. СЯ,С0СЯ, , 3СО, ЗЯ,0 Д,С , кДжмоль 1. Фотосинтетические процессы эго термодинамически невыгодные процессы Д,С 0, протекающие только в присутствии полупроводника, облучаемого светом с необходимой длиной волны. Фактически энергия поглощенного фотона в данном случае переходит в химическую энергию. Пример такою процесса это фотосинтез, в котором энергия солнца переходит в энергию химических связей в органических молекулах. СД4 А, ,О Пгт,п Я,ЯСЯ,СООЯ 5Я, Д,О8,5бкДжмоль 1. Я,0Пг 1 п X Д,08 8, кДжмоль 1. Данный процесс может протекать без участия полупроводника под действием света с длиной волны X 6 нм Е16,7 эВ, в то время как в присутствии полупроводникового оксида, например ТЮ2, энергия, необходимая для этого процесса значительно уменьшается. В присутствии фотокатализатора для протекания реакции необходима только энергия, равная энергии переноса электрона из валентной зоны в зону проводимости. Для анатаза эго соответствует энергии 3,2 эВ или кванту света с длиной волны X 0 нм Е2. Разница между двумя энергиями Е Е2 в реакции, протекающей по разным механизмам, показывает каталитическую роль полупроводника в этой реакции. В настоящей работе автор изучал маршруты протекания именно фотокаталитических реакций, т. В следующем разделе будет более подробно рассмотрена природа действия фотокатализатора. Множество реакций относится к гетерогенным фотокаталитическим реакциям. Это такие реакции, как разложение воды, фотовосстановлсние, выделение водорода, выделение металлов из растворов, применяемые в дезинфекции и антираковой терапии, очистке воды и воздуха от различных загрязнителей и т. Однако, наибольшее внимание уделяется гетерогенному фотокаталитическому окислению с участием ТЮ2 как перспективному методу очистки воздуха и воды. Фотофизические и фотохимические принципы, лежащие в основе фотокатализа, преимущественно уже установлены и опубликованы в ряде работ , . Когда полупроводник птипа освещается светом с необходимой длиной волны т. Разделение образовавшихся зарядов это первый и основной этап фотокаталитичсской реакции. Полученные заряды впоследствии могут либо рекомбинировать с выделением тепла или кванта света, либо прореагировать с акцептором или донором электрона, что в первом случае приводит к восстановительному, а во втором к окислительному процессу. Этот феномен преобразования энергии квантов в химическую энергию является фундаментальным в фотокатализе. Что же происходит с электрон дырочной парой впоследствии Рассмотрим дальнейшие превращения на примере диоксида титана, диспергированного в воде по материалам . Иуе 4Г 1. И рекомбинация 1. Л С 2 О 2. Н 0Я Я 1. Я 1. Гидропероксил радикал, образованный в реакции 1. НО О 4 е НОО 1. НОО 4 Н Н2 1. Заметим, что захват электронов адсорбированным кислородом и другими поверхностными соединениями Н1, гидропероксил радикалом, супероксидом является важным фактором, уменьшающим вклад электронов в электропдырочную рекомбинацию 1. Г и, таким образом, продлевающим время жизни дырок, и, в конечном итоге увеличивающим эффективность фотопроцессов. Альтернативный подход к описанию первичных процессов, происходящих на поверхности фотокатализатора, и их дальнейшей взаимосвязи с окислительновосстановительными превращениями был предложен в работах . При этом структуры типа, ТчОН и ПтОН, как полагают, представляют собой электрон и дырку, пойманные поверхностными ловушками валентной зоны и зоны проводимости. Поверхностно связанный Градикал, представляется как ПУОН, т. По мнению Ловлеса и Серпоне захваченная дырка и поверхностно связанный ОНрадикал неразличимые частицы. Последовательность первичных реакций на поверхности ТЮ2 и их характерные времена представлены в Таблице 1.