LaAlO3型钙钛矿掺杂改性材料的制备及光催化性能研究

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为了缓解工业化城市水资源短缺及水污染严重的问题,对于水处理回用技术的研究已经不断发展,光催化氧化技术作为一种新型绿色的水污染处理技术受到广泛关注。本课题以自配的富里酸溶液为模拟废水,采用溶胶-凝胶法制备LaAlO3及B位掺杂改性光催化剂,选择催化活性最高的催化剂制备工艺条件和光催化反应条件,采用SEM、XRD、激光粒度仪等手段表征自制催化剂的晶格、形貌特征,并进一步催化降解染料废水,考察对多种废水的处理能力,为解决水污染问题提供参考依据。得出的主要结果如下:(1)采用溶胶-凝胶法,在V(金属盐离子):V(柠檬酸)=1:2.5、煅烧温度800℃时制成的LaAlO3催化剂降解FA溶液的活性最高,在水溶液中平均粒径为188.3μm,颗粒纯度较高且表面呈致密的多孔结构。(2)以自配10mg/L的FA溶液为模拟废水进行光催化反应,暗反应30min后打开紫外灯光催化反应210min,考察不同条件下的光催化降解效率,结果显示,LaAlO3投加量为0.3g/L、曝气量0.8L/min、紫外光强度30W时反应活性最高,UV254去除率为98.7%,TOC降解率为38.9%,且此时的反应速率最快。在反应结束时溶液中的富里酸荧光峰已基本消失,且未产生其它新的荧光物质。(3)对B位铝离子进行铁离子掺杂改性后,V[Al(NO33]:V[Fe(NO33]=0.9:0.1时制备的LaAl0.9Fe0.1O3的XRD图谱衍射峰强度最大,平均粒径减小为118.5μm,孔隙度变大,对FA溶液的UV254和TOC去除率分别为98.8%、60.3%,较LaAlO3的反应活性高,且反应速率加快,反应进行至180min,FA的UV254降解率已趋于稳定,且180min所取的水样中已无特征荧光峰,未产生其它荧光物质。(4)以离心分离法对使用后的LaAlO3和LaAl0.9Fe0.1O3进行回收再利用,重复使用四次后,LaAlO3对FA溶液的UV254和TOC去除率逐渐减小至85.9%、29.8%,LaAl0.9Fe0.1O3降解FA溶液的UV254和TOC去除率分别为92.3%、53.4%,改性后LaAl0.9Fe0.1O3的稳定性增强,循环使用时的UV254和TOC降解效果可维持在90%、50%以上,再生性能有明显的提高。(5)采用LaAlO3和LaAl0.9Fe0.1O3在最佳反应条件下分别降解10mg/L罗丹明B和亚甲基蓝模拟染料废水时,能有效地对染料废水表现出较好的脱色性能。改性后的催化剂LaAl0.9Fe0.1O3仍表现出更高的反应活性和反应速率,对两种染料废水脱色率分别达到98.4%、86.0%,高于LaAlO3参与反应时的脱色率95.0%、71.5%。
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