發(fā)布時間：2020-06-11 21:42

【摘要】：合成染料因其結構穩(wěn)定、不易生物降解,是難處理的環(huán)境污染物之一。半導體光催化技術可以直接利用太陽能作為光源,能將多種有機物徹底礦化去除,是理想的染料污染物處理技術之一。理想的半導體光催化劑應該具有可見光活性和盡可能多的活性位。然而,目前關于半導體光催化劑的研究主要集中在晶體半導體,制備過程中必要的高溫煅燒程序明顯地減少了其表面積和活性位,從而影響了其工業(yè)化進程。同時,非晶態(tài)材料因具有制備方法簡單、不需要高溫煅燒和高比表面積的特點而逐漸受到關注。因此,開發(fā)廉價、無毒的非晶態(tài)半導體光催化劑用來處理染料污染物,將具有非常好的理論研究價值和應用前景。本論文使用廉價環(huán)保的羥基磷灰石為原料,采用簡單易行的離子交換方法,制備了高比表面積的非晶態(tài)Fe(Ⅲ) HAP_(50)光催化劑。通過對制備過程影響因素的考察,確定了在室溫、Fe(Ⅲ)離子初始濃度50mmol/L和快速攪拌15分鐘條件下,制備的Fe(Ⅲ) HAP_(50)具有最大的比表面積(204m2/g)、均勻的孔徑分布和穩(wěn)定的可見光催化活性。通過對Fe(Ⅲ) HAP_(50)微結構的表征,提出了Fe(Ⅲ) HAP_(50)是一種高程度Fe(Ⅲ)離子取代羥基磷灰石,具有獨特的非晶態(tài)和納晶混合結構。根據(jù)Fe(Ⅲ) HAP_(50)納米粒子的孔隙特征,結合非定域密度函數(shù)理論計算的孔徑分布規(guī)律,提出了Fe(Ⅲ) HAP_(50)納米粒子的高比表面積與其特殊的非晶態(tài)納晶混合結構有關。通過在可見光下對Fe(Ⅲ) HAP_(50)光催化性能的考察,證實了Fe(Ⅲ) HAP_(50)對含噻嗪結構的氮雜環(huán)類染料亞甲基藍(MB)、三苯甲烷類染料羅丹明B(Rh B)和酸性蒽醌類染料酸性藍(AB62)都有明顯的光催化降解效果,比非晶態(tài)FePO4·2H2O的光催化活性更高。同時,針對染料廢水普遍存在的高含鹽量和高p H值環(huán)境,在H_2O_2存在條件下,考察了Fe(Ⅲ) HAP_(50)對亞甲基藍模擬染料廢水的處理效果,揭示了Na+、Ca2+和Mg2+離子與MB之間存在的競爭吸附,Cl-、SO42-和NO3-對MB降解不產(chǎn)生影響,控制溶液的p H值在6~8范圍內(nèi),可以減弱HCO3-和CO32-帶來的不利影響。此外,在H_2O_2存在條件下,考察了Fe(Ⅲ) HAP_(50)在太陽光下對亞甲基藍、羅丹明B和酸性藍(AB62)三種染料的催化降解效果,證實了Fe(Ⅲ) HAP_(50)在太陽光下具有更高的效能。本論文以亞甲基藍為探針分子,研究了Fe(Ⅲ) HAP_(50)的光催化機理,提出了表面類似FeO(OH)結構的無定形納米簇是活性位,Fe(Ⅲ) HAP_(50)的光催化性能是由材料本體的半導體特性,表面的類似Fe O(OH)結構的無定形納米簇共同決定的。同時,通過考察Fe(Ⅲ) HAP_(50)在單色可見光下的催化性能,排除了染料光敏化機制。此外,通過使用羥基保護劑占據(jù)表面活性位,考察H_2O_2和亞甲基藍的降解效果,證實了H_2O_2和亞甲基藍在光催化過程中的結合位置。通過紫外-可見漫反射光譜、紅外光譜對反應過程中催化劑的分析,證實了在光催化反應中Fe(Ⅲ) HAP_(50)表面存在過氧復合物。最后,通過對MB降解過程中的光譜掃描規(guī)律,以及MB降解產(chǎn)物的GC-MS解析,提出了MB分子在Fe(Ⅲ) HAP_(50)表面的Fe O 活性位上發(fā)生重排,生成亞砜結構中間產(chǎn)物,并在羥基自由基的進攻下進一步降解的路徑。并對Fe(Ⅲ) HAP_(50)表面過氧復合物的分解機制進行了探討,提出了Fe(Ⅲ) HAP_(50)光催化過程的在相關機理。
【圖文】：

第 2 章 實驗材料與方法溶液用 0.45μm 濾膜過濾后在染料的最大吸收波長測定吸收值。光源為 300W 氙燈，通過使用可見反射片和紫外截止濾光片（UV-cut420線和紅外線過濾掉，得到強度為 129mW/cm2的 400～800nm 范圍的可見到反應器的距離為 8 厘米，采用不同時間測得的染料濃度與初始濃度的/C0）評價催化劑的性能，并以染料降解率作為指標評價染料降解的各種，降解率由公式（2-1）求得：00α 100%C CC C0——染料初始濃度(μmol/L)；C——處理后的染料濃度(μmol/L)；α——染料降解率(%)。

鹽酸異丙嗪（PM）采用高效液相色譜法檢測，目標物的結構式見圖 2-3。亞甲基藍的測定 將稀釋后的樣品經(jīng)離心過濾處理后放入 1cm 石英比色皿中以蒸餾水為空白，在波長 664nm 下測定吸收值。羅丹明B的測定 將稀釋后的樣品經(jīng)離心過濾處理后放入1cm石英比色皿中以蒸餾水為空白，在波長 554nm 下測定吸收值。酸性藍（Acid Blue 62）的測定 將稀釋后的樣品經(jīng)離心過濾處理后放入 1c石英比色皿中，以蒸餾水為空白，在波長 586nm 下測定吸收值。鹽酸異丙嗪的測定 將降解后的樣品離心后用 0.2μm 濾膜過濾，，用高效液相色譜儀分析，具體儀器參數(shù)如下：waters C18 5μm 4.6×150mm 色譜柱，室溫、流速 0.5mL/min，甲醇：水=90：10，檢測波長 250nm。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X788;O643.3

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 Zhenxuan Zhao;Hongxing Dai;Jiguang Deng;Yuxi Liu;Yuan Wang;Xinwei Li;Guangmei Bai;Baozu Gao;Chak Tong Au;;Porous FeO_x/BiVO_(4-δ)S_(0.08): Highly efcient photocatalysts for the degradation of Methylene Blue under visible-light illumination[J];Journal of Environmental Sciences;2013年10期

本文編號：2708501