【摘要】：光催化是一種將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能的技術(shù),它可以直接利用太陽(yáng)光降解水中的各種污染物,具有低成本、無(wú)污染、無(wú)選擇性和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。采用光催化技術(shù)降解處理印染廢水是一種簡(jiǎn)單便捷的方法。然而,目前常用的光催化劑多為寬禁帶半導(dǎo)體材料,這種催化劑僅在紫外光下具有光催化作用,不能高效利用自然光。針對(duì)上述問題,制備可見光光催化劑成為光催化領(lǐng)域的核心問題。本論文運(yùn)用微波輔助加熱法在開放體系下制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳兩種材料,探究制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳的最佳原料及工藝條件,以及二者對(duì)有機(jī)染料的可見光光催化性能。本文采用了氧氯化鋯、氟化銨、磷酸二氫鈉以及氯化鎳或氯化錳為起始原料,采用多種表面活性劑作為模板劑,在一定的反應(yīng)pH值和溫度等條件下進(jìn)行微波加熱反應(yīng),制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳。論文分別探討了磷源、反應(yīng)物比例、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)pH值、反應(yīng)溫度以及三種表面活性劑PVP-K30、CTAB和SDS對(duì)制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳的影響。采用XRD、ICP、XPS、SEM(FESEM)、TG和UV-Vis等多種手段對(duì)磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳的物相、元素含量、元素價(jià)態(tài)、表面形貌、結(jié)晶水含量、帶隙寬度等進(jìn)行表征。以Zr OCl_2、NH_4F、Na H_2PO_4和Ni Cl_2為起始原料,反應(yīng)液中[Zr4+]為0.005mol/L,其余反應(yīng)物的濃度以Zr:Ni:F:P=1:1:6:20的比例混合,通過微波加熱法在90℃和常壓條件下反應(yīng)30min,可制備得到線團(tuán)形貌的磷酸鋯鎳。當(dāng)反應(yīng)液中分別加入三種表面活性劑0.59g PVP-K30、0.04g CTAB和0.29g SDS時(shí),均可制備得到形貌規(guī)則的磷酸鋯鎳。磷源、反應(yīng)pH值、反應(yīng)物比例和反應(yīng)物濃度是影響磷酸鋯鎳制備的重要因素,均決定著是否可以制備得到磷酸鋯鎳。當(dāng)磷源或反應(yīng)pH值改變時(shí),產(chǎn)物無(wú)規(guī)則的形貌。當(dāng)鋯鎳比高于3時(shí),產(chǎn)物為片球形的混合物。磷鋯比低于10時(shí),產(chǎn)物無(wú)規(guī)則的形貌。氟鋯比高于10時(shí),產(chǎn)物為磷酸鎳。當(dāng)反應(yīng)物濃度過高,產(chǎn)物為混合物。而反應(yīng)溫度和表面活性劑則影響磷酸鋯鎳的顆粒尺寸和均勻程度,對(duì)形貌也略有影響。隨著反應(yīng)溫度升高,磷酸鋯鎳顆粒逐漸生長(zhǎng),形貌逐漸規(guī)整,尺寸大小逐漸均勻。加入表面活性劑后,可以降低產(chǎn)物的顆粒尺寸。其中,PVP-K30和CTAB對(duì)顆粒尺寸增長(zhǎng)的抑制能力比SDS大。添加PVP-K30、CTAB和SDS作為模板劑有助于制備得到磷酸鋯錳,并且可以得到多種形貌。起始原料Zr OCl_2、NH_4F、Na H_2PO_4和Mn Cl_2以Zr:Mn:F:P=1:1:6:20的比例混合,分別加入0.55g PVP-K30、0.04g CTAB或0.29g SDS,在90℃和常壓條件下微波加熱30 min,可制備得到磷酸鋯錳。PVP-K30條件下制備的磷酸鋯錳為片球狀,CTAB條件下制備的磷酸鋯錳為刺球狀,SDS條件下制備的磷酸鋯錳為片球狀。將制備的磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳加入模擬印染廢水的一定濃度的羅丹明B(Rh B)或亞甲基蘭(MB)兩種染料溶液中,在光催化下反應(yīng)一定時(shí)間,測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的吸光度,計(jì)算出染料的脫色率,討論二者在可見光下對(duì)有機(jī)污染物的光催化性能。結(jié)果表明:磷酸鋯鎳對(duì)MB的可見光光催化效果最高可達(dá)49.0%,磷酸鋯鎳對(duì)Rh B的可見光光催化效果最高可達(dá)11.3%。磷酸鋯鎳對(duì)MB的可見光光催化效果優(yōu)于Rh B。這可能是受到染料分子結(jié)構(gòu)的影響,MB分子結(jié)構(gòu)較小,有利于吸附到磷酸鋯鎳上進(jìn)行催化降解反應(yīng)。通過催化機(jī)理討論可知,·OH、h~+和·O_2~-是參與染料降解的活性物質(zhì),其中·OH是主要活性物質(zhì)。磷酸鋯錳對(duì)Rh B的可見光光催化效果最高可達(dá)18.0%。研究表明,磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳均具有一定的可見光光催化性能。本課題采用微波輔助加熱法制備出多種形貌的磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳,并應(yīng)用于可見光催化降解Rh B或MB染料,結(jié)果表明,磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳具有可見光光催化性能。采用的微波輔助的制備方法具有反應(yīng)條件溫和以及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),同時(shí)有利于形成形貌規(guī)整的產(chǎn)物,為相關(guān)材料的制備提供了參考。
[Abstract]:Photocatalysis is a technology for converting sunlight energy into chemical energy and electric energy, and can directly utilize sunlight to degrade various pollutants in water, and has the advantages of low cost, no pollution, no selectivity and reusability and the like. Photocatalytic degradation of printing and dyeing wastewater is a simple and convenient method. However, the commonly used photocatalyst is a wide forbidden zone semiconductor material, and the catalyst has photocatalysis effect only under ultraviolet light, and natural light can not be efficiently utilized. Aiming at the above problems, a visible light photocatalyst is prepared into a core problem in the photocatalysis field. In this paper, two kinds of materials, namely nickel phosphate, nickel phosphate and manganese phosphate were prepared under the open system by microwave-assisted heating, and the best raw materials and technological conditions for preparing manganese phosphate and manganese phosphate were investigated. In this paper, a variety of surfactants are used as template agents to prepare nickel phosphate and manganese phosphate by microwave heating under certain conditions such as pH value and temperature. The effects of phosphorus source, reactant ratio, reactant concentration, reaction pH value, reaction temperature and three kinds of surfactant PVP-K30, CTAB and SDS on the preparation of nickel phosphate and manganese phosphate were discussed. XRD, ICP, XPS, SEM (FESEM), TG and UV-Vis, etc. were used to characterize the contents, elemental contents, valence state, surface morphology, metal content and gap width of manganese phosphate and manganese phosphate. Using Zr OCl _ 2, NH _ 4F, Na H _ 2PO _ 4 and Ni Cl _ 2 as starting materials,[Zr4 +] in the reaction solution is 0. 005mol/ L, the concentration of the remaining reactants is mixed with the proportion of Zr: Ni: F: P = 1: 1: 6: 20. Three kinds of surfactants were added to the reaction solution respectively. 59g PVP-K30, 0.04g CTAB and 0. 29g SDS could be used to prepare nickel phosphate with regular morphology. Phosphorus source, reaction pH, reactant ratio and reactant concentration are important factors affecting the preparation of nickel phosphate. When the phosphorus source or the reaction pH value changes, the morphology of the product plume is observed. When the nickel-to-nickel ratio is higher than 3, the product is a spherical mixture. When the phosphorus-to-phosphorus ratio is less than 10, the morphology of the product plume is improved. When the fluorine content ratio is higher than 10, the product is nickel phosphate. When the concentration of the reactants is too high, the product is a mixture. and the reaction temperature and the surface active agent affect the particle size and the uniformity of the nickel phosphate, and have slight influence on the morphology. As the temperature of the reaction increased, the nickel-phosphate particles were gradually grown, the morphology was gradually regular, and the size was gradually uniform. After addition of the surfactant, the particle size of the product can be reduced. Among them, the inhibition ability of PVP-K30 and CTAB to particle size growth was larger than that of SDS. The addition of PVP-K30, CTAB and SDS as a template aid in the preparation of manganese phosphate, and various morphology can be obtained. The starting materials Zr OCl _ 2, NH _ 4F, Na H _ 2PO _ 4 and Mn Cl _ 2 were mixed at a ratio of Zr: Mn: F: P = 1: 1: 6: 20, respectively. The manganese phosphate prepared under the condition of PVP-K30 is spherical, and the manganese phosphate prepared under the CTAB condition is spherical, and the manganese phosphate prepared under the conditions of SDS is spherical. adding the prepared nickel phosphate and manganese phosphate into two dye solutions of a certain concentration of simulated printing and dyeing wastewater, reacting under photocatalysis for a certain time, measuring the absorbance corresponding to the maximum absorption wavelength, and calculating the decoloring rate of the dye, The photocatalytic properties of both organic pollutants under visible light were discussed. The results showed that the photocatalytic effect of nickel phosphate on MB was up to 49. 0%, and the photocatalytic effect of nickel phosphate on Rh B was up to 11. 3%. The photocatalytic effect of nickel phosphate on MB is better than Rh B. This may be influenced by the molecular structure of dyes, the molecular structure of MB is small, and it is favorable for adsorption to the catalytic degradation reaction on nickel phosphate. It is found that 路 OH, h ~ + and 路 O _ 2 ~-are active substances involved in dye degradation, and 路 OH is the main active material. The photocatalytic effect of manganese phosphate on Rh B was up to 18. 0%. The results showed that both nickel phosphate and manganese phosphate had certain visible light photocatalytic activity. In this paper, a microwave-assisted heating method was used to prepare various morphologies of nickel phosphate and manganese phosphate, and it was used to catalyze the degradation of Rh B or MB dyes by visible light. The results showed that nickel phosphate and manganese phosphate had visible photocatalytic activity. The microwave-assisted preparation method provided by the invention has the characteristics of mild reaction condition, simple operation and the like, is favorable for forming a product with regular appearance, and provides a reference for the preparation of related materials.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X791;O643.36

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本文編號(hào)：2299256