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随着工业化进程的加快,大量有毒有害污染物排放进入水体,其中包括重金属和有机污染物,对环境甚至人类健康造成潜在威胁。在水处理技术中,光催化法作为一种高效节能的技术逐渐引起关注。该技术能够利用太阳光将高毒的Cr(Ⅵ)还原成低毒的Cr(Ⅲ),并且可以将难生物降解的大分子有机污染物降解为小分子无毒物质,甚至完全矿化为CO2和H2O。金属-有机骨架(Metal-organic framework,MOFs)作为光催化剂已广泛应用于环境修复领域。其中Fe-MOFs作为一种可见光响应的催化剂,能够对重金属和有机污染物进行有效的光催化降解。为了进一步提高Fe-MOFs的光催化活性,采用导电聚合物-聚苯胺(PANI)来修饰Fe-MOFs来构建更强大的光催化材料,在本课题研究中,我们选用了MIL-100(Fe),MIL-88A(Fe)和PANI为原材料合成系列复合光催化剂,探究了复合材料的光催化还原六价铬及降解有机污染物的性能,以及光催化活性的影响因素被探究。提出并验证了反应机理。本论文的主要工作如下:1.以结构稳定的金属有机骨架材料MIL-100(Fe)与导电聚合物-聚苯胺(PANI)为原料,采用简易的机械球磨法制备了Z型异质结MIL-100(Fe)/PANI复合材料,并通过粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、高倍透射电镜(HRTEM)、光致发光发射光谱(PL)、X射线光电子能谱分析(XPS)以及紫外可见漫反射(UV-vis DRS)等手段对其进行了表征。研究了MIL-100(Fe)/PANI复合光催化剂在白光下对Cr(Ⅵ)还原的光催化活性,结果表明,MP9%光催化还原Cr(Ⅵ)效率比单独的MIL-100(Fe)提高3倍以上。还考察了不同投加量的乙醇作为空穴消耗剂、pH值(2-8)及共存离子(自来水、湖水等水中的离子)对MP9%还原Cr(Ⅵ)的影响。并且在白光照射下,MP9%对有机污染物四环素(TC)也表现出良好的光催化降解效率。此外,还研究了MP9%在Cr(Ⅵ)和TC的混合体系中的光催化性能。结果表明,混合体系中Cr(Ⅵ)和四环素的光催化降解效率比单一组分体系中的降解效率有所提高,这表明MP9%对两种污染物的降解具有协调促进作用。这也能够通过电化学交流阻抗谱和光致发光光谱测定被证实的。因此根据电化学表征,电子自旋共振实验结果,提出并验证了可能的反应机理。光催化还原Cr(Ⅵ)循环实验也表明,MP9%作为光催化剂具有良好的可循环利用性和稳定性。2.为了验证PANI修饰其他Fe-MOF改善光催化活性普适性,因此继续选用其他Fe-MOF进行探究。选用具可见光响应性能的铁基金属有机骨架材料MIL-88A与PANI为原料,采用一锅水热法制备了一系列不同比例的PANI/MIL-88A复合材料,命名为Px@M88(x代表FeCl3·6H2O:PANI的初始质量比),并通过粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外可见漫反射率、形貌表征(扫描电镜、透射电镜和高倍透射电镜)、X射线光电子能谱分析、以及光致发光发射光谱等手段对其进行表征。研究了Px@M88在白光下对Cr(Ⅵ)还原的光催化性能进行探究,研究发现Px@M88复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的效率较单独的MIL-88A也有较大提升,并选用最佳光催化剂P9@M88来考察了有机小分子化合物、pH值(2、3、4、5、6、7和9)及其外来离子(自来水、湖水等水中的离子)对还原Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,Px@M88光催化还原Cr(Ⅵ)速率较单独的MIL-88A提高3.5倍。通过光催化还原Cr(Ⅵ)循环实验也表明,P9@M88作为还原六价铬的光催化剂具有可循环利用性和稳定性。并根据电化学分析,X射线光电子能谱以及电子自旋共振测试分析提出了P9@M88光催化还原Cr(Ⅵ)可能的机理。3.考虑到原位水热法制得的Px@M88复合材料存在大量的Fe-O簇,其可以被H2O2活化发生光芬顿高级氧化反应,从而提高有机污染物降解效率。在光芬顿实验中,以双酚A(BPA),亚甲基蓝(MB),罗丹明B(RhB)为目标靶物,在可见光下探究了P9@M88降解有机污染物的光催化活性。实验结果表明,当H2O2和光源共存条件下,P9@M88对三种有机污染物光降解效率最优,这归因于MIL-88A中的铁-氧簇和过氧化氢反应能产生羟基自由基,而羟基自由基是光芬顿体系中主要的氧化物种,能够促进有机污染物降解。P9@M88催化剂比MIL-88A催化剂的芬顿体系表现出更好的有机污染物降解效率,是由于P9@M88复合物形成的Ⅱ型异质结界面间电荷迁移能力的增强。通过质谱测试结果推断出BPA降解路径。提出并验证了该材料降解有机污染物的反应机理。并对材料的可循环利用性和稳定性进行探究。