【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,廢水污染,特別是染料廢水污染成為世界范圍內(nèi)一個嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。染料廢水一旦直接排放進(jìn)入河流和湖泊中,其中大量的有機(jī)化合物會消耗水體中的溶解氧,同時,顏色復(fù)雜的染料廢水會直接吸收照射進(jìn)水體的光線,從而降低水體的透明度,破壞水體生態(tài)平衡,對人類及水生生物的健康產(chǎn)生極大威脅�；诖�,利用功能性納米材料發(fā)展高效的染料污染物降解技術(shù),并將其運用于實際的工業(yè)染料廢水的處理具有重要意義。近年來,化學(xué)氧化降解法由于具有高效的將有機(jī)污染物完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害無機(jī)物如二氧化碳和水等的優(yōu)點,引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注,取得了一定的研究進(jìn)展。例如,從最初的利用強(qiáng)氧化劑的化學(xué)氧化法發(fā)展到利用金屬氧化物進(jìn)行的化學(xué)氧化法和利用催化劑進(jìn)行的高級氧化技術(shù)(AOPs),從傳統(tǒng)的基于二氧化鈦的光催化方法,發(fā)展到利用更多其他的金屬氧化物材料的光催化降解法。與此同時,對于新型的金屬氧化物納米材料及其復(fù)合物材料,由于其合成技術(shù)的不斷優(yōu)化,使得材料在尺寸、形貌、組成、結(jié)構(gòu)等方面更加可控,這些性質(zhì)使其在染料降解方面具有更高的活性,在氧化降解、催化氧化降解以及光催化降解染料等方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。在本論文中,我們研發(fā)了用于染料廢水治理的功能性納米材料,主要包括三部分內(nèi)容:(1)在二氧化錳(MnO2)納米片基礎(chǔ)上原位生成超小粒徑的金(Au)納米顆粒。所制備的二氧化錳/金(MnO2/Au-NPs)納米復(fù)合物具有更好的氧化降解亞甲藍(lán)的性能;(2)利用具有氧化還原活性的無限配位聚合物(ICP)作為前驅(qū)體,通過電化學(xué)極化的方法制備超小粒徑的鈷氧化物(CoO_x)納米粒子。并在之后摻雜氧化石墨烯(GO),使其穩(wěn)定地附著在ITO玻璃的表面。所制備的附有CoO_x/GO納米復(fù)合物的ITO玻璃在過硫氫鉀復(fù)合鹽(oxone)氧化降解亞甲基藍(lán)染料中可以作為有效的催化劑。利用該種ITO玻璃為元件,可組裝具備重復(fù)利用性的器件,實時監(jiān)測工業(yè)廢水中染料的降解;(3)制備了雙金屬離子混配的新型無限配位聚合物納米粒子(以鈷和銅離子為中心離子)、(以鈷和銀離子為中心離子),并以其作為前驅(qū)體通過電化學(xué)極化的方法得到鈷氧化物/氧化銅/氧化亞銅(CoO_x/CuO/Cu_2O)和鉆氧化物/銀/氧化銀(CoO_x/Ag/Ag_2O)的納米復(fù)合物。之后,我們通過在模擬太陽光下,光催化降解亞甲基藍(lán)染料來考察了所合成的納米復(fù)合物的光催化性能。本論文所研究的染料廢水處理技術(shù)不僅為功能性金屬氧化物納米材料的合成提供了新的思路,對于保護(hù)水體環(huán)境,維護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境安全也具有十分重要的意義。全文主要包括以下四個部分:第一章緒論本章對環(huán)境染料污染現(xiàn)狀和染料廢水處理的主要方法進(jìn)行了分析和概括,總結(jié)了現(xiàn)有的金屬氧化物納米材料和貴金屬納米材料的制備及其在染料廢水處理中的應(yīng)用,并展望了利用無限配位聚合物作為前驅(qū)體,制備超小尺寸納米材料及其在染料廢水治理中的應(yīng)用前景。最后,闡述了本論文研究的主要內(nèi)容和研究意義。第二章基于二氧化錳與金的納米復(fù)合材料及其對亞甲基藍(lán)的降解研究在本章中,金納米顆粒通過一種簡單、低消耗的方式生長在二氧化錳納米片的表面得到二氧化錳摻雜金納米顆粒的復(fù)合物。為優(yōu)化復(fù)合材料對代表染料亞甲基藍(lán)的氧化降解,進(jìn)行了二氧化錳與氯金酸摩爾比、溶液pH以及初始材料影響方面的優(yōu)化。在最優(yōu)條件下,該復(fù)合材料對亞甲基藍(lán)的降解率可以在60 min時達(dá)到98.9%,明顯優(yōu)于商業(yè)二氧化錳粉末(降解效率為4.3%)和二氧化錳納米片(降解率為74.2%)。這可能是由于原位生長的超小尺寸、高分散的金納米顆粒增強(qiáng)了二氧化錳納米片與納米金之間的協(xié)同作用和界面效應(yīng)并且利于在氧化降解亞甲基藍(lán)過程中二氧化錳對亞甲基藍(lán)的電子的吸收。研究結(jié)果表明,可以使用二氧化錳與納米金(Mn02/Au-NPs)納米復(fù)合物簡單方便地去除廢水中的有機(jī)污染物。第三章基于電化學(xué)極化ICP制備CoO_x/GO復(fù)合納米材料及其對有機(jī)染料的降解研究在本章中,我們首次研發(fā)了一種可用于催化降解工業(yè)染料廢水的有效簡便的便攜式紫外檢測池。最初,我們將具有氧化還原活性的無限配位聚合物{Co(3,5-dbsq)(3,5-dbcat)(bix)}ICP 滴涂在 ITO 玻璃表面。通過在 0.10 M KC1 乙醇-水溶液中(乙醇與水的體積比為1:9),-1.1 V下電化學(xué)極化負(fù)載在ITO導(dǎo)電玻璃的ICP1000 s得到原位生長在ITO導(dǎo)電玻璃表面的超小粒徑并高分散的CoO_x納米粒子。將氧化石墨烯(GO)與ICP混合后極化得到原位生長在ITO導(dǎo)電玻璃表面的具有高電子傳遞速度和高穩(wěn)定性的CoO_x/GO催化劑。負(fù)載在ITO導(dǎo)電玻璃表面的CoO_x/GO納米催化劑催化過硫酸氫鉀(oxone)氧化降解亞甲基藍(lán)(MB)的活性通過優(yōu)化GO的比例,混合液的pH和催化環(huán)境的溫度達(dá)到最優(yōu)。在最優(yōu)條件下,MB可以在100 s內(nèi)在CoO_x/GO納米催化劑的催化下被完全氧化降解,優(yōu)于CoO_x納米粒子、四氧化三鈷粉末、四氧化三鉆納米顆粒/碳納米管、氧化石墨烯和通過PLD方法合成的四氧化三鉆的催化效果。以這種ITO導(dǎo)電玻璃為元件,組成一種可用于直接實時監(jiān)測催化降解來自印染和化妝品行業(yè)的染料廢水的便攜式紫外檢測池。本研究不僅提供了一種可現(xiàn)場處理染料廢水的凈化工藝,也提供了一種以無限配位聚合物為前驅(qū)體合成高效納米催化劑的一種新型技術(shù)。第四章基于電化學(xué)極化ICP制備CoO_x/CuO/Cu_2O和CoO_x/Ag/Ag_2O納米復(fù)合材料及其對有機(jī)染料的光催化降解研究在本章中,我們分別通過兩步極化法和一步極化法,以雙金屬離子混配的無限配位聚合物ICP(以鈷和銅為中心金屬離子、以鈷和銀為中心金屬離子)為前驅(qū)體,制備了超小尺寸的CoO_x/CuO/Cu_2O、CoO_x/Ag/Ag_2O納米復(fù)合物。為了實現(xiàn)材料對染料亞甲基藍(lán)的高效光催化降解,我們對金屬離子的摩爾比以及催化劑的量等條件進(jìn)行了優(yōu)化。在最優(yōu)條件下,CoO_x/CuO/Cu_2O納米復(fù)合物對亞甲基藍(lán)的光催化降解率可以在420 min時達(dá)到100%,明顯優(yōu)于CoO_x/Ag/Ag_2O納米復(fù)合物(降解效率為79%)、單純的CoO_x納米材料(降解效率為63%)和只有光照的情況(降解率為12%)。由于CoO_x/CuO/Cu_2O納米復(fù)合物附著于ITO玻璃表面,其重復(fù)利用較為便捷,在第六次重復(fù)使用時,其降解率仍然能達(dá)到最初效果的59.8%(明顯優(yōu)于CoO_x/Ag/Ag_2O納米復(fù)合物的28.7%)。結(jié)果表明,我們所制備的CoO_x/CuO/Cu_2O納米復(fù)合物具有良好的光催化降解性能,有望充分利用綠色能源實現(xiàn)染料廢水中的有機(jī)污染物的降解。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X505;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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