论文部分内容阅读
SnO2作为一种典型的n型半导体,在催化、气体感应、染料敏化、太阳能电池、透明电极等方面都有潜在的用途。纳米SnO2具有与TiO2相似的晶体结构和独特的光学、电学性能,也被用于光催化研究。我国目前水污染现象严重,治理任务艰巨而重大,光催化氧化技术作为一种新型的污水处理技术,适用范围广,处理效果显著,操作条件简单,并且无二次污染,在有机污染废水的处理中得到越来越广泛的应用,特别是对难降解的有机污水具备很强的分解能力。目前,国内外关注的光催化剂一般有TiO2、ZnO等,对SnO2作光催化剂降解有机废水的研究也有一些报道,但深入探讨样品处理温度以及各种添加剂和金属阳离子对SnO2降解有机物的降解率和机理的影响研究很少。
本文采用直接沉淀法以及经不同温度煅烧处理获得了一系列纳米级SnO2样品,通过扫描电竞(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)、漫反射(DR)、荧光(PL)、比表面(BET)、热重(TG)等分析手段对其性质进行表征。以纳米SnO2作光催化剂,亚甲基蓝(MB)作降解对象,紫外光(254nm)作照射光源,研究了纳米SnO2光催化降解MB反应的最佳降解条件和反应动力学特征,并探讨了SnO2/UV体系降解MB的机理,同时研究了添加剂如甲醇、对苯二甲酸、NaF、金属阳离子Ag+和Fe3+对光催化降解的影响。
本文第一章主要概述了现阶段纳米SnO2的应用研究、合成方法以及在光催化降解有机物方面的应用,并对本课题的提出、研究意义和主要研究内容进行了概述。第二章主要论述了纳米SnO2的合成方法,并通过SEM、XRD、IR、DR、PL、BET、TG等分析手段,获得了不同温度煅烧的系列SnO2样品的特性,为后续光降解研究提供有价值的参考数据。第三章主要研究了UV/SnO2降解MB反应的降解实验条件如pH值、SnO2投放量、MB浓度、SnO2循环使用次数等对降解率的影响,获得了最佳降解条件:SnO2投放量为1g/L,pH=6.5,MB浓度40mg/L,降解温度35±0.5℃,照射时间1h。通过比较不同温度煅烧样品的降解率,发现经200℃煅烧的样品降解率最高,其后随煅烧温度的升高,降解率逐渐降低。第四章主要研究了UV/SnO2体系光降解MB的动力学特性,结果证明UV/SnO2降解MB的反应为一级反应,且满足Langmuir-Hinshelwood模型,其表面反应的速率常数k=1.25 mg·L-1·min-1,吸附平衡常数K=0.0728 L·mg-1。第五章深入探讨了UV/SnO2体系光降解亚甲基蓝的降解机理。使用对苯二甲酸测定UV/SnO2体系中产生的羟基自由基的相对含量,采用甲醇、NaF、无水乙腈等作为OH·或h+的捕获剂,确定UV/SnO2体系中起决定性作用的活性中间体,结果发现,在低温(≤200℃)下煅烧处理的样品,其降解MB的过程主要由OH·控制;即MB受OH·攻击而被氧化分解,这是由于这些样品比表面积大,表面吸附大量的羟基或H2O分子,与紫外光照产生的h+反应得到高活性的OH·。随着煅烧温度从400℃增加到1000℃,UV/SnO2体系降解MB的过程由OH·和h+共同控制,且随着煅烧温度的升高,h+的贡献增强,这是因为样品比表面积依次减小,表面吸附的羟基或H2O逐渐减少,则UV光照下产生的OH·数目减少,导致h+直接与MB反应的机会增加。第六章探讨了不同浓度的Ag+和Fe3+对纳米SnO2光催化降解MB的影响,发现低浓度如10-5mol/L的金属阳离子的存在可以增强所有不同温度处理样品的降解率,而高浓度如10-3mol/L的影响情况出现不同,对不处理和200℃处理后的样品是起抑制作用,而对400,600,800,1000℃处理的样品却是增强的,特别是1000℃处理样品,这种增强是非常显著的。