【摘要】：核能作為一種清潔、高效的原子能,被認為是解決當今世界能源危機和環(huán)境污染問題最具潛力的能源之一。然而隨著核工業(yè)的飛速發(fā)展,大量放射性廢水的排放嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)、威脅人類健康。鈾(U)作為核能的主要原料,成為需要最先控制的放射性污染物。光催化技術是一種新興的高效節(jié)能綠色環(huán)保技術,利用半導體在光照條件下將可溶的U(Ⅵ)還原成不可溶U(IV),達到去除效果。然而傳統(tǒng)的半導體存在活性位點少和催化活性低等缺陷,無法滿足實際應用。因此本文通過錫(Sn)摻雜改性硫化銦(In_2S_3),獲得催化活性更高的光催化劑。同時本研究還成功制備了更為高效的新型錫基硫氧化物(SnOS)光催化劑,通過X-射線衍射(XRD)、紫外-可見漫反射(UV-Vis DRS)等表征方法,分析兩種光催化材料的形貌特征、晶體結構及禁帶寬度等。探索所制備半導體光催化還原U(Ⅵ)的性能。結果如下:(1)采用水熱法合成系列Sn摻雜In_2S_3材料。通過以上表征分析表明,Sn成功摻入In_2S_3晶格內(nèi),形成了獨特的納米片分層多孔結構,且比表面積增大。相比于單一的In_2S_3,Sn摻雜In_2S_3材料對U(Ⅵ)的光催化還原率均有明顯的提高。其中,Sn和In的摩爾比為1:4.8時的催化劑(即Sn-In_2S_3)光催化還原率最高,光照40 min后去除率達到95%,其反應速率是單純In_2S_3的15.60倍。多次循環(huán)利用后,Sn-In_2S_3結構保持穩(wěn)定,鈾的去除率仍能達到85%以上。Sn-In_2S_3催化還原率顯著提升主要歸因于:表面活性位點增多,可見光吸收能力更強,禁帶寬度變小,電子-空穴對的復合率低。最后提出了Sn-In_2S_3的光催化機理。(2)采用溶劑熱法制備的SnOS,不僅具有優(yōu)越的鈾吸附性能,而且對U(Ⅵ)的光催化還原活性也很高。SnOS對鈾的吸附等溫線更符合Langmuir模型,其最大吸附容量高達321.64 mg/g;吸附動力學過程更符合偽二級動力學。吸附機理包括靜電吸附和表面Sn-OH官能團與金屬離子的絡合作用。并且當鈾溶液pH為6,暗吸附時間為120min后進行光催化反應活性最高。120min的吸附和180min光催化反應結束后U(Ⅵ)的總?cè)コ矢哌_95%。此外,循環(huán)實驗表明SnOS具有良好穩(wěn)定性和再生性能。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X771
【圖文】：

技術可以去除水體中的無機物，特別是重金屬。一方面，光催化技金屬離子，比如 Mn2+、Cr6+、Hg2+、Pb2+、Co2+、Zn2+等；另一方面法沉積回收 Au、Ag、Pt 等貴金屬[45]。Ravikiran 等[46]在可見光下將r6+還原成低毒性的 Cr3+；孫天一等[47]利用 ZrO2-Fe3O4在可見光下中的 As(III)轉(zhuǎn)化成低毒的 As(Ⅴ)，進而實現(xiàn)水中砷的高效去除。光 Pb2+氧化為 Pb4+，最終以 PbO2形式沉淀下來，達到去除的目的。凈化化技術可實現(xiàn)對空氣中諸如含硫化合物、NOX、VOC 等常見污染物 CO2的光催化還原等。Ma 等[48]的研究表明，g-C3N4-TiO2不管是在件下對空氣中的 NO 均表現(xiàn)出很強的光催化氧化活性，凈化機理如圖與氧氣生成氧化能力很強的超氧自由基（ O2-），最終將 NO 轉(zhuǎn)變成空氣。

圖 1-2 光催化機理圖Fig. 1-2 Photocatalytic mechanism響因素受催化劑本身的結構因素影響，而且與反應過要的影響因素：帶結構。半導體的帶隙能（Eg）大小直接決和導帶電位則決定了氧化和還原能力。當 Eg，然而紫外光僅僅占太陽能的 5%，并不利于以被λ>400nm 的可見光激發(fā)，產(chǎn)生光生電子空穴（h+）的氧化能力，價帶電位越正，氧化導帶上電子（e-）的還原能力，導帶電位越負染物的氧化還原電極電勢符合能級匹配原則，]。禁帶寬度和價/導帶位置二者需要相互平衡

第一章 緒論體表面形成的缺陷能級有利于電子的遷移，從而降低 Co-BiOCl 具有更窄的禁帶寬度和更強的光吸收能力止，非金屬離子摻雜主要為 N、C、P、B、F 和 S 等金屬元素摻雜 g-C3N4半導體后的光催化性能，制-C3N4[49]半導體，F(xiàn)、B、S 摻雜后取代了 g-C3N4結構S 鍵，有利于禁帶寬度的減小和光響應范圍的拓寬，報道，Rh-SrTiO3[75]、Zn-BiOCl[76]、Sn-ZnO[77]、Sb-S的改性方法有利于半導體光催化性能的提升。

【參考文獻】

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1 聶小琴;董發(fā)勤;丁德馨;劉寧;李廣悅;張東;劉明學;;兩種土著水生植物對鈾礦坑水的修復能力研究[J];原子能科學技術;2015年11期

2 劉金平;何輝;葉國安;;后處理廠硝酸回收及放射性液體最小化的蒸發(fā)濃縮技術[J];核化學與放射化學;2015年01期

3 強璐;石艷玲;徐俊;廖文俊;;納米材料在水處理中的應用研究進展[J];環(huán)境科學與技術;2014年S2期

4 路艷;汪兆金;張寅杰;閔航;;淺談含鈾廢水處理技術[J];甘肅科技縱橫;2014年06期

5 劉輝;柳青;;水源放射性污染與防治對策[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2013年07期

6 林瑩;高柏;李元鋒;;核工業(yè)低濃度含鈾廢水處理技術進展[J];山東化工;2009年03期

7 羅明標,劉淑娟,余亨華;氫氧化鎂處理含鈾放射性廢水的研究[J];水處理技術;2002年05期

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9 朱靖;三種水生植物對水體中鈾的富集特征及響應機制[D];西南科技大學;2016年

10 彭維;新型銅和鈾吸附材料的制備及其吸附性能的研究[D];吉林大學;2015年

本文編號：2755693