【摘 要】
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随着工业的快速发展,大量有机废水未经处理排放到江河当中,对生物健康和生态环境造成极大威胁。现今,科学家们正努力攻破染料废水的处理这一难题,已有报道利用自然界中光能激励的光催化等方法来实现对染料废水的处理。然而,光催化对暗环境反应不灵敏、光吸收范围有限、电子空穴复合严重等缺点在一定程度上阻碍了光催化的实际应用。因此,开发一种新兴技术已迫在眉睫。本论文利用水热合成法制备的铌酸钾(KNbO3)纳米材料,
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随着工业的快速发展,大量有机废水未经处理排放到江河当中,对生物健康和生态环境造成极大威胁。现今,科学家们正努力攻破染料废水的处理这一难题,已有报道利用自然界中光能激励的光催化等方法来实现对染料废水的处理。然而,光催化对暗环境反应不灵敏、光吸收范围有限、电子空穴复合严重等缺点在一定程度上阻碍了光催化的实际应用。因此,开发一种新兴技术已迫在眉睫。本论文利用水热合成法制备的铌酸钾(KNbO3)纳米材料,并以压电催化降解染料为研究的主要内容,探究了压电催化内在性能和机理,并通过三种方法来提升催化活性:1)光辅助压电催化;2)构造异质结构;3)混合少量石墨。主要的实验结果如下:1.KNbO3纳米材料的光辅助压电催化探究了KNbO3材料作为催化剂对压电催化、光催化和光辅助压电催化降解染料性能的作用机理。催化剂仅在紫外灯照射下、仅施加超声振动和紫外灯辅助超声振动的作用下,对罗丹明B染料的降解率分别为~25%、~67%和~94%。表明辅助作用有提升催化活性的效果,可能是由于超声振动下的KNbO3材料压电势的产生促进了光生载流子的分离,使光辅助压电催化拥有较高的催化活性。2.KNbO3纳米材料构造异质结的压电催化用水热合成的铌酸钾和氮化碳(g-C3N4)的复合纳米材料,通过材料异质结的构造来提升压电催化降解罗丹明B染料溶液效果。施加160 min超声振动后,KNbO3和KNbO3/15%g-C3N4对罗丹明B染料的降解速率分别为~67%和~87%。本工作表明异质结的构造明显提升了压电催化效果,可能是由于异质结中的电场对振动的载流子的分离起了促进作用,加速了载流子的分离。3.KNbO3纳米材料混合石墨C的压电催化采用直接混合的方法制备了KNbO3/C,探究随着混合石墨C的含量变化对压电催化降解罗丹明B染料溶液的性能研究。当施加160 min超声振动后,KNbO3和KNbO3+1wt%C反应速率常数分别为0.00612 min-1和0.00951 min-1。结果表明,石墨C的混合提高了压电催化的性能,其内在的机理可能是石墨C有助于转移和捕获KNbO3纳米材料产生的电荷有关,进而促进了电荷的迁移,使得材料的压电催化性能得以提升。
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