【摘要】：能源和環(huán)境是當今世界的兩大主題,相關(guān)問題已成為影響經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的主要因素。光催化技術(shù)作為一種綠色化工技術(shù),可實現(xiàn)由太陽能到化學能的轉(zhuǎn)換,是解決能源短缺和環(huán)境污染等問題的最佳途徑之一。長期以來,其重點始終主要圍繞:如何增強光催化劑的吸光性,拓展其對太陽光的響應范圍;提高光生載流子的分離和傳輸效率;通過降低表面反應的過電位,增強光催化反應能力。開發(fā)合適的光催化劑是解決上述問題的根本。本論文以紅磷(red phosphorus,RP)及常見二維光催化材料(MoS_2、GO和TiO_2納米片)作為主要研究對象,通過對光催化材料進行表、界面調(diào)控,探究形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控對光催化活性及穩(wěn)定性的影響,并選擇具有合適能帶結(jié)構(gòu)的半導體材料構(gòu)建二維異質(zhì)結(jié),重點考察不同改性手段對RP光吸收、光生載流子分離、傳輸能力以及表面化學反應等過程的增強機理。最終將光催化劑應用于同時去除多種水體污染物,為光催化技術(shù)解決實際環(huán)境問題拓展思路。主要研究內(nèi)容如下:(1)借助物理超聲剝離法和化學水熱法這兩種手段對商用RP進行納米化,通過對比樣品的微觀形貌、化學形態(tài)、光響應能力和光電性能等表征結(jié)果,證實了化學水熱法處理后的RP(n-RP)具有納米級的層狀結(jié)構(gòu),具有較好的光吸收能力,且光生載流子分離、傳輸效率提高,在可見光催化同時去除Cr(VI)和RhB中表現(xiàn)出較高的活性,光照120 min后二者的去除率分別達到82%和88%,經(jīng)循環(huán)四次后n-RP仍保持良好且穩(wěn)定的光催化性能。因此,對商用RP進行結(jié)構(gòu)納米化的改性方法是一種提高光催化活性的有效策略。(2)通過簡單的原位水熱法制備得到MoS_2/RP二維復合光催化劑,二者通過化學鍵聯(lián)(P-S)形成了緊密接觸,有利于光生載流子分離和傳輸。在可見光催化同時去除Cr(VI)和RhB,Cr(VI)和MB以及Cr(VI)和苯酚多種水體污染物中,表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能,上述三組水體污染物在可見光照射80 min后的去除率分別能夠達到72.7%和97.5%,87.5%和97.9%,99.1%和99.7%,并且具有良好的可重復性。通過XPS表征證實了Cr(VI)在光催化反應中的還原過程,產(chǎn)物以Cr(III)為主。證實了MoS_2/RP二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)建方法及可見光協(xié)同去除多種水體污染物的可行性,為光催化去除實際污水提供新思路。(3)采用兩步水熱法制備得到了低成本、環(huán)保、穩(wěn)定、高性能的RP-MoS_2/rGO納米復合材料。通過引入MoS_2/rGO混合物作為RP的助催化劑,增加激發(fā)電子、空穴數(shù)量,提高載流子分離效率,使該三元復合材料在同時去除多種水體污染物(包括Cr(VI)和多種有機污染物)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。特別的是,光催化還原與氧化、光催化與吸附的協(xié)同作用對提高光催化活性起到了重要作用。MoS_2和GO的存在對于體系光吸收能力的增強、界面電荷的高效傳輸、催化劑表面活性位點的增加,以及良好的吸附性和穩(wěn)定性都有明顯的促進作用。RP-MoS_2/rGO三元光催化去除Cr(VI)-有機分子共存體系在實際廢水處理中具有廣闊的應用前景。(4)選用RP作為磷源,通過水熱法制備得到具有復雜表面物種(Ti~(4+),O~(2-),Ti~(3+),氧空位(V_o)和P~(5+))的P摻雜TiO_2納米片,并首次將其應用于光催化同時去除水體污染物Cr(VI)和RhB。P摻雜過程中引入的缺陷和雜質(zhì)能級可促進電荷陷阱中心的形成,有利于抑制載流子的復合,從而顯著增強光催化活性。此外,P的摻雜過程增強了TiO_2的光吸收性能,并形成了Ti-O-P鍵,可加速載流子傳輸至催化劑表面進行反應,從而提升光催化反應效率。相比于TiO_2和RP單體光催化劑,P摻雜TiO_2同時去除Cr(VI)和RhB中表現(xiàn)出更優(yōu)的光催化活性,且反應穩(wěn)定性良好。在目前所報道的應用于去除多種水體污染物的相關(guān)催化劑中具有一定競爭力,具有良好的應用前景。
【圖文】：

導致袁河及仙女湖鎘、鉈、砷超標，致使附近部分城區(qū)停止供水。重金層出不窮，已成為當今社會水環(huán)境污染的重要部分。因重金屬離子在生集而致病，且致癌性較強，同時還具有生物不可降解性等特點，進入環(huán)遷移和形態(tài)的轉(zhuǎn)換，并長期存在于環(huán)境中。尤其是電鍍、冶金、染料等展，導致大量含鉻廢水的排放，嚴重威脅人類和自然環(huán)境的安全。鉻離要以 Cr（Ⅲ）和 Cr（VI）的形式存在，其中，Cr（Ⅲ）的毒性遠小于 C性低，具體對比如圖 1.1 所示。因此在鉻污染的治理中，往往采用還I）轉(zhuǎn)換成 Cr（Ⅲ）來降低毒性，傳統(tǒng)的方法有膜分離法、吸附法、離解法、化學沉淀法等[1-5]，但化學法處理效率低且產(chǎn)生二次污染，離子件苛刻，電解法耗能多、成本高，吸附法效率低、壽命短，膜分離法高不利于實際應用，光催化技術(shù)處理水中重金屬污染成為近年發(fā)展起來的、成本低廉且效率較高的廢水處理技術(shù)。

第一章 緒論問題，，選擇一種經(jīng)濟、高效的方式進行處理刻不方法的探索和綠色能源的開發(fā)，已經(jīng)成為可持續(xù)境和能源兩大難題也應運而生。自 1972 年 Fujish電極上發(fā)現(xiàn)水的光電催化分解產(chǎn)生氧氣和氧氣以來的研究熱點。一方面，光催化劑可有效的將低密例如光催化制氫可獲得理想的氫源；另一方面，染物可以通過光催化技術(shù)將其毒性降低或者分解催化技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢：1. 綠色環(huán)保，以太陽，不產(chǎn)生二次污染；2. 應用范圍廣，可同時用來
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O643.36;O644.1;X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2674689