近年來,環(huán)境中的高/大分子有機污染物的治理已經成為環(huán)境科學技術研究的焦點之一。多相光催化作為一種深度氧化技術,已經被公認是最有前景的綠色環(huán)境凈化技術之一。以TiO2為代表的半導體多相光催化技術已經在環(huán)境污染治理領域取得了較大的成效,但其較高的禁帶寬度導致其僅能夠在紫外光下具有光催化活性,嚴重限制了其推廣和應用。具有較低禁帶寬度的針鐵礦、錳鉀礦等半導體礦物則彌補了這一不足,然而,現階段對其光催化降解有污染物的報道相對較少,降解機理尚無定論。本文針對半導體礦物光催化技術在走向應用的過程中存在的科學與技術問題,對半導體礦物及其非金屬元素摻雜復合體光催化作用機理、催化材料的制備方法及催化劑的固定等方面進行了進一步的探討。研究結果深化了對半導體礦物光催化機理的認識,為非金屬元素摻雜半導體材料的制備提供了新方法,同時也為其應用奠定了理論基礎。本文主要內容及結論如下： (1)采用溶膠凝膠法合成了常見的半導體礦物針鐵礦和錳鉀礦,為評價其對環(huán)境中高分子有機污染物的光催化降解活性,采用包埋法人工合成了負載針鐵礦或錳鉀礦的聚乙烯膜,進行了復合膜在紫外光及可見光照射下的光催化降解實驗。利用SEM、FT-IR、...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
Ⅰ 文獻綜述
    1 半導體礦物光催化基本原理及技術特點
        1.1 半導體礦物概述
        1.2 半導體礦物光催化的機理
        1.3 半導體礦物光催化的技術特點
    2 影響半導體礦物光催化活性的主要因素
        2.1 半導體礦物晶型的影響
        2.2 晶格缺陷的影響
        2.3 光生電子和空穴的捕獲
        2.4 比表面積的影響
        2.5 晶粒大小的影響
        2.6 反應pH的影響
    3 鐵氧化物的光催化氧化研究進展
        3.1 鐵氧化物的研究現狀
        3.2 鐵氧化物的氧化機理
            3.2.1 類Fenton反應
            3.2.2 鐵氧化物的配合物光催化反應
            3.2.3 鐵氧化物半導體光催化反應機制
        3.3 鐵氧化物對有機污染物的光催化降解應用
    4 錳氧化物的催化性能研究進展
        4.1 錳鉀礦和水鈉錳礦的晶體結構
        4.2 錳鉀礦和水鈉錳礦的改性
        4.3 錳氧化物光催化降解有機污染物的研究
    5 鈦氧化物的可見光光催化作用研究進展
        5.1 非金屬元素摻雜氧化鈦類型
            5.1.1 單一非金屬元素摻雜氧化鈦
            5.1.2 多種非金屬元素共摻雜氧化鈦
        5.2 非金屬元素摻雜氧化鈦可見光光催化機理
        5.3 非金屬元素摻雜氧化鈦中存在的問題
        5.4 TiO₂固相光催化降解有機污染物研究進展
            5.4.1 直接利用TiO₂為催化劑
            5.4.2 以改性TiO₂為催化劑
Ⅱ 總綱—課題的研究意義、研究內容、技術路線和創(chuàng)新之處
    1. 存在問題及選題意義
    2 研究內容
        2.1 半導體鐵錳鈦氧化物及其非金屬元素摻雜復合體的制備
        2.2 供試鐵錳鈦氧化物及其非金屬元素摻雜復合體的結構表征
        2.3 復合膜的制備及其光催化降解
        2.4 微囊藻毒素可見光照射下的光催化降解
    3 技術路線
    4 本研究的創(chuàng)新點
Ⅲ 課題研究
    第一篇 摻硼鐵錳氧化物光催化降解聚乙烯薄膜
        1 引言
        2 實驗部分
            2.1 實驗藥品
            2.2 鐵錳氧化物及摻硼鐵錳氧化物的制備
                2.2.1 針鐵礦及摻硼針鐵礦的制備
                2.2.2 錳鉀礦及摻硼錳鉀礦的制備
            2.3 鐵錳氧化物及摻硼鐵錳氧化物的結構表征實驗
                2.3.1 化學組成測定
                    2.3.1.1 針鐵礦及摻硼針鐵礦中鐵含量的測定
                    2.3.1.2 針鐵礦及摻硼針鐵礦中鉀含量的測定
                    2.3.1.3 摻硼針鐵礦中硼含量的測定
                    2.3.1.4 錳鉀礦及摻硼錳鉀礦中錳含量的測定
                    2.3.1.5 錳鉀礦及摻硼錳鉀礦中錳平均氧化度的測定
                    2.3.1.6 錳鉀礦及摻硼錳鉀礦中鉀含量的測定
                    2.3.1.7 摻硼錳鉀礦中硼含量的測定
                    2.3.1.8 鐵錳氧化物及摻硼鐵錳氧化物中水含量的測定
                2.3.2 供試礦物的X-射線衍射
                2.3.3 供試礦物的比表面積(BET)測定
                2.3.4 供試礦物的TEM表征
                2.3.5 供試礦物的FT-IR分析
                2.3.6 供試礦物的X-光電子能譜分析
                2.3.7 供試礦物的紫外可見吸收光譜分析
            2.4 鐵錳氧化物及摻硼負載體對聚乙烯膜光催化降解
                2.4.1 聚乙烯的結構及基本性質
                2.4.2 鐵錳氧化物及摻硼負載體-PE復合膜的制備
                2.4.3 光催化降解反應裝置
                2.4.4 降解產物分析
                    2.4.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)分析
                    2.4.4.2 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析
                    2.4.4.3 X射線光電子能譜(XPS)分析
        3 結果與討論
            3.1 鐵錳氧化物及摻硼鐵錳氧化物的結構表征
                3.1.1 針鐵礦及摻硼針鐵礦的結構表征
                    3.1.1.1 針鐵礦及摻硼針鐵礦的基本性狀
                    3.1.1.2 XRD測定
                    3.1.1.3 TEM表征
                    3.1.1.4 外光譜(FT-IR)分析
                    3.1.1.5 X-射線光電子能譜
                    3.1.1.6 紫外可見吸收光譜
                3.1.2 錳鉀礦及含硼錳鉀礦的結構表征
                    3.1.2.1 錳鉀礦及摻硼錳鉀礦的基本性狀
                    3.1.2.2 XRD測定
                    3.1.2.3 TEM表征
                    3.1.2.4 FT-IR分析
                    3.1.2.5 紫外可見吸收光譜
            3.2 紫外光下摻硼鐵錳氧化物-PE復合膜的光催化降解
                3.2.1 針鐵礦-PE復合膜
                    3.2.1.1 復合膜的失重率及其降解動力學
                    3.2.1.2 復合膜的表觀形態(tài)分析
                    3.2.1.3 復合膜的基團組成分析
                3.2.2 摻硼針鐵礦-PE復合膜
                    3.2.2.1 摻硼針鐵礦-PE復合膜的失重率
                    3.2.2.2 摻硼針鐵礦-PE復合膜的表觀形態(tài)
                3.2.3 錳鉀礦-PE復合膜
                    3.2.3.1 錳鉀礦-PE復合膜的失重變化
                    3.2.3.2 錳鉀礦-PE復合膜的基團變化
                    3.2.3.3 錳鉀礦-PE復合膜的表面元素價態(tài)變化
                    3.2.3.4 錳鉀礦-PE復合膜的表觀結構變化
                3.2.4 摻硼錳鉀礦-PE復合膜
                    3.2.4.1 摻硼錳鉀礦-PE復合膜的失重率
                    3.2.4.2 摻硼錳鉀礦-PE復合膜表面基團變化
                    3.2.4.3 摻硼錳鉀礦-PE復合膜表觀結構變化
            3.3 可見光下復合膜的降解
                3.3.1 摻硼針鐵礦-PE復合膜
                    3.3.1.1 摻硼針鐵礦-PE復合膜的失重
                    3.3.1.2 摻硼針鐵礦-PE復合膜的基團變化
                3.3.2 摻硼錳鉀礦-PE復合膜
                    3.3.2.1 摻硼錳鉀礦-PE復合膜失重率變化
                    3.3.2.2 摻硼錳鉀礦-PE復合膜基團變化
        4 紫外-可見光下摻硼鐵錳氧化物-PE復合膜降解機理
            4.1 紫外光下復合膜的降解機理
                4.1.1 紫外光下針鐵礦及摻硼針鐵礦-PE復合膜的降解機理
                4.1.2 紫外光下錳鉀礦及摻硼錳鉀礦-PE復合膜的降解機理
            4.2 可見光下復合膜未降解機理推測
        5 小結
    第二篇 非金屬元素摻雜TIO₂光催化降解微囊藻毒素
        1 引言
        2 實驗部分
            2.1 實驗藥品
            2.2 催化劑的制備
                2.2.1 碳摻雜納米氧化鈦顆粒的制備
                2.2.2 碳氮共摻雜氧化鈦薄膜的制備
            2.3 催化劑的結構表征
                2.3.1 比表面積及孔徑分析
                2.3.2 X-射線衍射
                2.3.3 HR-TEM表征
                2.3.4 掃描電鏡SEM表征
                2.3.5 AFM表征
                2.3.6 拉曼光譜(micro-Raman)分析
                2.3.7 紫外可見吸收光譜分析
                2.3.8 FT-IR分析
                2.3.9 X-光電子能譜分析
                2.3.10 電子順磁共振(EPR)表征
            2.4 微囊藻毒素的光催化降解
                2.4.1 MC-LR的基本性質及結構
                2.4.2 光催化降解反應器
                2.4.3 反應條件的設定及微囊藻毒素的測定
        3 結果與討論
            3.1 非金屬元素摻雜氧化鈦的結構表征
                3.1.1 碳摻雜氧化鈦
                    3.1.1.1 比表面積及孔徑分析
                    3.1.1.2 X-射線衍射
                    3.1.1.3 HR-TEM表征
                    3.1.1.4 拉曼光譜(micro-Raman)分析
                    3.1.1.5 紫外可見吸收光譜分析
                    3.1.1.6 FT-IR分析
                    3.1.1.7 X-光電子能譜分析
                    3.1.1.8 電子順磁共振(EPR)表征
                3.1.2 碳氮共摻雜氧化鈦
                    3.1.2.1 XRD
                    3.1.2.2 比表面積及孔徑分析
                    3.1.2.3 ESEM表征
                    3.1.2.4 AFM表征
                    3.1.2.5 HR-TEM表征
                    3.1.2.6 紫外可見吸收光譜分析
                    3.1.2.7 FT-IR分析
            3.2 非金屬元素摻雜氧化鈦可見光光催化降解微囊藻毒素
                3.2.1 C-TiO₂可見光光催化降解微囊藻毒素
                3.2.2 C-N-TiO₂可見光光催化降解微囊藻毒素
        4 C摻雜及C、N共摻雜氧化鈦光催化降解MC-LR機理
        5 小結
Ⅳ 結語與展望
參考文獻
攻讀博士期間發(fā)表的論文和成果
致謝



本文編號：3839379