基于氯氧化鉍的復(fù)合材料的制備及其光催化性能的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-03-08 08:45
隨著工業(yè)化與城市化發(fā)展的加速,環(huán)境污染和能源短缺作為兩個(gè)世界性難題,引起了社會(huì)的重點(diǎn)關(guān)注。環(huán)境污染破壞了生態(tài)系統(tǒng),也對(duì)人類社會(huì)造成了持續(xù)性危害。除了環(huán)境污染,能源緊缺也是全球關(guān)注的問題,不可再生資源的緊缺導(dǎo)致人們更多地關(guān)注起可再生能源。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生存的迫切需求,使得解決污染和能源危機(jī)迫在眉睫。光催化技術(shù)作為一種既能解決環(huán)境污染問題,又能解決能源短缺問題的技術(shù),引起了各國科學(xué)家的關(guān)注。但是傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體光催化材料存在太陽光能利用率不足、光量子效率低等問題,阻礙了光催化技術(shù)的應(yīng)用。因此,制備一種能較大程度利用太陽能并且具有較高光量子效率的光催化劑是光催化技術(shù)發(fā)展中迫切需要解決的問題。氯氧化鉍作為一種層狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體,具有光學(xué)性能優(yōu)異、無毒害、價(jià)廉易得、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),因此在光催化領(lǐng)域吸引了研究人員的關(guān)注。但是氯氧化鉍依舊存在帶隙寬、光催化量子效率低等缺點(diǎn),所以使用氯氧化鉍制備具有帶隙窄、量子效率高的新型催化劑具有非常重要的意義。本論文以五水合硝酸鉍、乙二醇和乙醇為原材料,采用醇熱反應(yīng)技術(shù)制備出氯氧化鉍,再通過構(gòu)建無機(jī)無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、構(gòu)建有機(jī)無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、有機(jī)小分子表面修飾等...
【文章來源】：福建農(nóng)林大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光催化作用機(jī)理Fig.1-1Photocatalyticmechanism
基于氯氧化鉍的復(fù)合材料的制備及其光催化性能的研究3成CO2和H2O，不產(chǎn)生二次污染物，在污水降解中顯示出了高效率、低能耗、無污染的特性（見圖1-2）。圖1-2光催化降解染料機(jī)理Fig.1-2Mechanismofphotocatalyticdegradationofdyes以典型的偶氮染料羅丹明B舉例。偶氮染料因?yàn)榫哂械墓倌軋F(tuán)R-N=N-R，很難被降解13。光催化技術(shù)主要是利用半導(dǎo)體材料經(jīng)過光照后產(chǎn)生大量的光生電子和空穴，電子躍遷至半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上，并與吸附在半導(dǎo)體表面上的氧氣生成超氧自由基，超氧自由基能夠與電子和空穴反應(yīng)生成羥基自由基以及過氧化氫。由于空穴、超氧自由基以及過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，能通過脫乙基作用將羅丹明B苯環(huán)外圍上的乙基脫去，破壞羅丹明B的共軛結(jié)構(gòu)；通過羥基化作用，利用羥基自由基的強(qiáng)氧化性將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，還可以使苯環(huán)裂解，最終礦化生成CO2和H2O。光催化技術(shù)不僅能夠降解偶氮染料，而且還能降解酚類、芳烴等有機(jī)物雜環(huán)化合物，對(duì)抗生素污染有著良好的處理效果，同時(shí)對(duì)于處理水體中的重金屬也有很好的還原作用[14]。因此，光催化技術(shù)對(duì)廢水中的污染物治理有很大的潛力。1.2.1.2光催化殺菌細(xì)菌，是生活中幾乎無所不在的一種微生物。生活中的細(xì)菌有些是對(duì)人類有益，但更多的是有害的。一般傳統(tǒng)的殺菌劑是通過破壞細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，使得細(xì)菌細(xì)胞失去活性，但是細(xì)菌死后，它的細(xì)胞內(nèi)部會(huì)釋放出能夠產(chǎn)生二次污染的內(nèi)毒素等物質(zhì)。同時(shí)傳統(tǒng)殺菌劑也容易使得細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性和耐熱性。日本的Matsunaga等人在1985年第一次發(fā)現(xiàn)在紫外光的照射下TiO2納米材
第一章緒論4料能夠產(chǎn)生殺菌效果，這個(gè)情況使得各國科學(xué)家開始關(guān)注光催化抗菌殺毒技術(shù)的相關(guān)研究。在光催化殺菌的過程中，光催化材料受到相應(yīng)波長的光激發(fā)，能夠產(chǎn)生光生電子和光生空穴，光生空穴能夠和催化劑表面吸附的H2O或OH-反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）。而光生電子能夠和O2反應(yīng)，生成超氧離子自由基（·O2-），并且接著活性氧類如羥基自由基和H2O2等會(huì)被生成。如圖1-3所示，這些活性氧會(huì)將輔酶AA（位于細(xì)菌體內(nèi)）氧化，同時(shí)還會(huì)對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁（膜）進(jìn)行破壞，影響其DNA結(jié)構(gòu)和滲透性。羥基自由基和各個(gè)活性氧類物質(zhì)（·O2-、·OOH、H2O2）進(jìn)行協(xié)同作用，從而使得TiO2納米光材料催化具有殺菌的效果。光催化殺菌方法的優(yōu)點(diǎn)就在于既徹底殺死了細(xì)菌，又處理了細(xì)菌死后釋放出的毒素。此種方法具有的持久性、廣譜性、耐熱性等特點(diǎn)是傳統(tǒng)殺菌劑（醛類、酚類、醇類等）不可比擬的。并且因?yàn)門iO2光催化劑較為穩(wěn)定，反應(yīng)過程中并不會(huì)產(chǎn)生耗損，能夠重復(fù)再利用。近年來，已有將其運(yùn)用于工業(yè)化生產(chǎn)的例子，比如添加到陶瓷、涂料和織物中，生產(chǎn)出具有抗菌性能的陶瓷、涂料和織物制品。圖1-3光催化抗菌機(jī)理Fig.1-3Photocatalyticantibacterialmechanism1.2.1.3光催化在氣體凈化方面的應(yīng)用氣體污染主要分為室內(nèi)氣體污染與室外氣體污染。室內(nèi)氣體污染主要包括了裝修裝飾材料放出的甲醛以及生活過程中產(chǎn)生的硫化氫、氨氣等氣體。這些氣體對(duì)于人體的健康有著不可忽視的影響，輕則使人生病，重則致人死亡。室外氣體污染主要包括了汽車尾氣與工業(yè)尾氣、氟利昂、三氯乙烯等。汽車
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Recent advances based on the synergetic effect of adsorption for removal of dyes from waste water using photocatalytic process[J]. Subramanian Natarajan,Hari C.Bajaj,Rajesh J.Tayade. Journal of Environmental Sciences. 2018(03)
本文編號(hào)：3070767
【文章來源】：福建農(nóng)林大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光催化作用機(jī)理Fig.1-1Photocatalyticmechanism
基于氯氧化鉍的復(fù)合材料的制備及其光催化性能的研究3成CO2和H2O，不產(chǎn)生二次污染物，在污水降解中顯示出了高效率、低能耗、無污染的特性（見圖1-2）。圖1-2光催化降解染料機(jī)理Fig.1-2Mechanismofphotocatalyticdegradationofdyes以典型的偶氮染料羅丹明B舉例。偶氮染料因?yàn)榫哂械墓倌軋F(tuán)R-N=N-R，很難被降解13。光催化技術(shù)主要是利用半導(dǎo)體材料經(jīng)過光照后產(chǎn)生大量的光生電子和空穴，電子躍遷至半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上，并與吸附在半導(dǎo)體表面上的氧氣生成超氧自由基，超氧自由基能夠與電子和空穴反應(yīng)生成羥基自由基以及過氧化氫。由于空穴、超氧自由基以及過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，能通過脫乙基作用將羅丹明B苯環(huán)外圍上的乙基脫去，破壞羅丹明B的共軛結(jié)構(gòu)；通過羥基化作用，利用羥基自由基的強(qiáng)氧化性將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，還可以使苯環(huán)裂解，最終礦化生成CO2和H2O。光催化技術(shù)不僅能夠降解偶氮染料，而且還能降解酚類、芳烴等有機(jī)物雜環(huán)化合物，對(duì)抗生素污染有著良好的處理效果，同時(shí)對(duì)于處理水體中的重金屬也有很好的還原作用[14]。因此，光催化技術(shù)對(duì)廢水中的污染物治理有很大的潛力。1.2.1.2光催化殺菌細(xì)菌，是生活中幾乎無所不在的一種微生物。生活中的細(xì)菌有些是對(duì)人類有益，但更多的是有害的。一般傳統(tǒng)的殺菌劑是通過破壞細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，使得細(xì)菌細(xì)胞失去活性，但是細(xì)菌死后，它的細(xì)胞內(nèi)部會(huì)釋放出能夠產(chǎn)生二次污染的內(nèi)毒素等物質(zhì)。同時(shí)傳統(tǒng)殺菌劑也容易使得細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性和耐熱性。日本的Matsunaga等人在1985年第一次發(fā)現(xiàn)在紫外光的照射下TiO2納米材
第一章緒論4料能夠產(chǎn)生殺菌效果，這個(gè)情況使得各國科學(xué)家開始關(guān)注光催化抗菌殺毒技術(shù)的相關(guān)研究。在光催化殺菌的過程中，光催化材料受到相應(yīng)波長的光激發(fā)，能夠產(chǎn)生光生電子和光生空穴，光生空穴能夠和催化劑表面吸附的H2O或OH-反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）。而光生電子能夠和O2反應(yīng)，生成超氧離子自由基（·O2-），并且接著活性氧類如羥基自由基和H2O2等會(huì)被生成。如圖1-3所示，這些活性氧會(huì)將輔酶AA（位于細(xì)菌體內(nèi)）氧化，同時(shí)還會(huì)對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞壁（膜）進(jìn)行破壞，影響其DNA結(jié)構(gòu)和滲透性。羥基自由基和各個(gè)活性氧類物質(zhì)（·O2-、·OOH、H2O2）進(jìn)行協(xié)同作用，從而使得TiO2納米光材料催化具有殺菌的效果。光催化殺菌方法的優(yōu)點(diǎn)就在于既徹底殺死了細(xì)菌，又處理了細(xì)菌死后釋放出的毒素。此種方法具有的持久性、廣譜性、耐熱性等特點(diǎn)是傳統(tǒng)殺菌劑（醛類、酚類、醇類等）不可比擬的。并且因?yàn)門iO2光催化劑較為穩(wěn)定，反應(yīng)過程中并不會(huì)產(chǎn)生耗損，能夠重復(fù)再利用。近年來，已有將其運(yùn)用于工業(yè)化生產(chǎn)的例子，比如添加到陶瓷、涂料和織物中，生產(chǎn)出具有抗菌性能的陶瓷、涂料和織物制品。圖1-3光催化抗菌機(jī)理Fig.1-3Photocatalyticantibacterialmechanism1.2.1.3光催化在氣體凈化方面的應(yīng)用氣體污染主要分為室內(nèi)氣體污染與室外氣體污染。室內(nèi)氣體污染主要包括了裝修裝飾材料放出的甲醛以及生活過程中產(chǎn)生的硫化氫、氨氣等氣體。這些氣體對(duì)于人體的健康有著不可忽視的影響，輕則使人生病，重則致人死亡。室外氣體污染主要包括了汽車尾氣與工業(yè)尾氣、氟利昂、三氯乙烯等。汽車
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Recent advances based on the synergetic effect of adsorption for removal of dyes from waste water using photocatalytic process[J]. Subramanian Natarajan,Hari C.Bajaj,Rajesh J.Tayade. Journal of Environmental Sciences. 2018(03)
本文編號(hào)：3070767
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