【摘要】：隨著社會的發(fā)展、工業(yè)化進程的加速,大量排放的有機污染物所引起的水污染問題越來越嚴重。在受污染水體中,以染料、化工用品和藥物等有機污染物較為常見。光電催化(photoelectrocatalytic,PEC)作為一種新型的高級氧化技術,能夠氧化分解絕大多數(shù)難降解的有機污染物,具有設備簡單、條件溫和以及無二次污染等突出優(yōu)點,在環(huán)境領域中受到了廣泛關注。在眾多催化劑中,由于TiO_2具有成本低、毒性小、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點,被認為是PEC技術中最具應用潛力的光電陽極催化劑。然而,PEC技術還存在一些問題,例如,TiO_2薄膜電極的可見光利用率低、制備成本高和穩(wěn)定性差等,限制了其在污水處理中的產業(yè)化應用�，F(xiàn)有與PEC相關的研究報道主要集中在材料表征和催化劑降解性能等方面,而對其降解機理方面的研究尚不充分。鑒于此,開發(fā)簡單、低成本的方法制備具有高可見光催化性能的TiO_2薄膜電極以及研究PEC降解機理具有重要意義。由于鹵素(F和I)摻雜TiO_2制備方法簡單,并具有優(yōu)異的可見光催化性能,是制備PEC光電陽極的理想催化劑。在本論文中,為了解決PEC技術中存在的問題,我們采用簡單的方法(溶膠-凝膠法和水解法)制備了具有優(yōu)異可見光催化活性的鹵素摻雜TiO_2催化劑。然后,采用簡單、低成本的絲網(wǎng)印刷法制備了鹵素摻雜TiO_2薄膜電極,該電極在可見光照射下對有機污染物表現(xiàn)出了較高的PEC降解性能,并具有良好的穩(wěn)定性。同時,也對PEC過程中有機污染物的降解機理進行了分析。論文具體內容如下:1.采用簡單的溶膠-凝膠法和水解法成功制備了鹵素摻雜TiO_2催化劑,并對該催化劑進行了物理化學表征。結果表明,鹵素(F和I)摻雜和多元素(F-Sn和I-P)共摻雜能夠明顯提升TiO_2的可見光吸收能力和光生電荷分離速率。然后,以FTO導電玻璃為催化劑載體,采用絲網(wǎng)印刷法制備了具有多孔形貌的鹵素摻雜TiO_2薄膜電極。為了解決催化劑易從FTO基體脫落的問題,在電極制備過程中添加了低溫玻璃粉來增強催化劑與導電基體間的附著性。2.選取污水中常見的有機污染物(亞甲基藍、苯酚、雙氯芬酸和四環(huán)素)以及實際廢水(垃圾滲濾液和制藥廢水)作為降解對象,評估了鹵素摻雜TiO_2薄膜電極對有機污染物的PEC降解性能。結果表明,電極在可見光照射下對有機污染物和實際廢水均表現(xiàn)出良好且穩(wěn)定的PEC降解性能,并且該PEC性能受元素摻雜量、外加偏壓、溶液pH、H_2O_2濃度和電解質種類等因素的影響。另外,在鹵素摻雜TiO_2薄膜電極中,I,P共摻雜TiO_2薄膜電極對有機污染物表現(xiàn)出了最高的PEC降解性能。3.采用了一級動力學模型、Langmuir-Hinshelwood動力學模型以及活性粒子捕獲實驗對鹵素摻雜TiO_2薄膜電極PEC降解有機污染物的機理進行了分析。結果表明,有機污染物的PEC降解過程主要發(fā)生在薄膜電極表面,并且電極表面對有機污染物的吸附是降解過程中的限速步驟。在有機污染物的PEC降解過程中,空穴(h~+)和羥基自由基(.OH)是引起有機污染物降解的主要活性粒子,并且元素摻雜量和有機污染物起始濃度不會影響h~+和.OH的主導地位。當NaCl為溶液電解質時,有機污染物的PEC降解速率會明顯提升,h~+和.OH會與溶液中的Cl~-反應生成大量的氯自由基(Cl.)并參與有機污染物的降解。此條件下,Cl.是降解有機污染物的主要活性粒子。另外,對有機污染物的PEC降解路徑研究再一次證實,h~+和.OH在有機污染物的PEC降解過程中發(fā)揮了主導作用。
【圖文】：

2019 年華東師范大學博士學位論文處理系統(tǒng)中能夠迅速自我消除。最常見的 AOPs 系統(tǒng)主要2O2氧化系統(tǒng)（H2O2/UV）、臭氧氧化和基于臭氧氧化過程O3/H2O2和 O3/H2O2/UV）、基于 TiO2的光催化氧化系統(tǒng)（以及基于芬頓反應的氧化系統(tǒng)（Fe2+/H2O2和 Fe2+/H2O2/U（photocatalytic，PC）技術具有效率高，成本低，無二次污受到了廣泛關注。PC 技術的基本原理如圖 1.1 所示，催或者太陽光的照射下產生光生電子（e-）和空穴（h+），，光生化還原反應，并在催化劑表面生成具有強氧化性的.OH、粒子，進而降解有機污染物。然而，由于催化劑光生電子-空穴以及 PC 處理后污水中催化劑的回收復雜等因素，制約了

2019 年華東師范大學博士學位論文還被應用到了無機離子還原、微生物滅活、CO2還原以因此，該技術在環(huán)境領域中有著廣闊的應用前景。我atalytic”在文獻檢索系統(tǒng) web of science 中進行檢索得PEC 領域發(fā)表文章數(shù)量的情況。如圖 1.2 所示，可以來，PEC 領域發(fā)表的文章數(shù)量呈上升趨勢，這說明了
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2590222