[00133212]煤基碳材料-宽带隙半导体复合催化剂吸附-光降解瓦斯基础研究

甲烷作为煤矿瓦斯的重要组分,不仅是我国煤矿安全生产的“头号杀手”,也是大气温室效应的主要“贡献者”,引起了各界研究学者的普遍重视。光催化氧化技术作为迅速发展起来的一种新型污染处理技术,具有处理效率高、操作条件简单、低能耗、无污染等优点,在治理煤矿瓦斯方面显示出良好的应用前景。本项目以高吸附-强氧化性的Ga2O3/AC在自制光反应器中利用真空紫外灯（Deep-UV）,常温下进行光催化降解甲烷实验,为污染气体的去除及环境治理提供理论支持与绿色途径。 本项目以活性炭（AC）为吸附载体,采用镓盐水解法和浸渍过程制备复合光催化剂Ga2O3/AC。利用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱分析（EDS）、低温N2吸附-脱附（BET）与PL荧光光谱等手段对合成样品的结构、形貌、比表面、孔径分布及光生载流子复合进行理化表征,验证复合催化剂制备方法的可行性。结果表明,在所构建的复合催化剂中,Ga2O3颗粒分散均匀、AC吸附能力强、复合结构的光生电荷分离效率高,有利于甲烷的光催化降解。 在研究复合催化剂制备的基础上,本项目研究了复合催化剂Ga2O3/AC光催化降解甲烷,详细考查了Ga2O3含量、光照强度、光照时间等因素对催化降解甲烷的影响。揭示了复合催化剂光催化降解甲烷的反应机制及其增强机理,最终确定最优实验条件为：密闭石英反应器内,Ga2O3含量为15%,光照强度为10W,光照时间150min时,甲烷降解率最高可达91.43 %。 另外,对比相同TiO2负载量的复合催化剂TiO2/AC最优条件下的光催化降解甲烷实验以及复合样品Ga2O3/AC的循环实验,结果进一步证明,本项目制备的新型复合催化剂Ga2O3/AC的光催化活性优于其他同类催化剂,在扩大催化剂光吸收范围的同时,也保持了其良好的稳定性。