粘土基复合光催化剂的构筑及去除水中有机污染物的性能研究

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近年来,随着工业的发展,环境污染和能源匮乏问题引起了人们的极大关注。因此,合理利用太阳能治理污水问题成为了研究者们的关注热点。蒙脱土作为一种比表面积大、CEC值较高的新型环保材料,广泛应用于吸附、光催化等方面。在本论文中,以蒙脱土为载体,通过负载氯化银、溴化银、磷酸银,设计合成了新型光催化剂AgCl-Mt和AgBr-Ag3PO4-Mt,分别在紫外灯和可见光灯的作用下,以染料酸性大红18(AR18)和甲基橙(MO)为目标污染物,探究了这两种催化剂的催化效率。通过控制变量,对影响催化剂催化效率的因素进行了讨论。通过抑制试验,探究了催化剂催化降解污染物的反应机理。通过使用相关表征仪器(SEM、XRD等)观察催化剂的内部结构,验证催化剂的成功合成。主要内容和探究结果如下:(1)通过一锅法制备了前驱体[Ag(NH3)2]+-exchangedMt,然后利用氯化氢(HC1)气体与[Ag(NH3)2]+-exchangedMt粉末反应,合成了催化剂AgCl-Mt。使用多种表征手段对催化剂的形貌结构进行了分析。XRD图谱中同时出现了 AgCl和Mt的特征衍射峰,SEM和TEM图中也可清晰的看到AgCl立方晶格结构和Mt片层结构,且AgCl在Mt表面和片层边缘位置分布均匀,结合紧密,表明AgCl-Mt成功复合。UV-vis图谱中,可以看到复合后的催化剂光响应范围增大,表明催化剂有降解目标污染物的可能。这一可能性也在后续的实验中得到了验证。在紫外灯的照射下,催化剂AgCl-Mt在8 min左右就能将50 mg/L的染料AR18降解完全。其他实验条件相同,调整染料或催化剂浓度,或调整染料pH,得出这些因素对该催化体系均有影响。通过抑制试验,得出该催化体系的主要活性物质是过氧离子(·O2-)和空穴(矿),并对可能的反应机理进行了合理推测。虽在循环实验中催化剂的催化效率有所降低,但通过锻烧催化剂活性基本恢复。说明AgCl-Mt是可以循环利用的、催化活性良好的催化剂。(2)通过沉淀沉积法制备了 AgBr-Ag3PO4-Mt,并在制备过程中采用超声、搅拌等方法保证了 AgBr、Ag3PO4的均匀分散。通过SEM、TEM、XPS、XRD等表征方法对催化剂进行了表征,验证了催化剂AgBr-Ag3PO4-Mt的合成。通过UV-vis表征手段,证明了催化剂AgBr-Ag3PO4-Mt相较于载体Mt具有更大的光响应范围,能在可见光范围内降解目标污染物。通过改变染料或催化剂的浓度,或改变染料pH,得出这些因素催化效率均有影响。添加对应抑制剂,得知该催化体系的主要活性物质是· O2-和h+,并对反应机理进行讨论。通过循环实验,说明AgBr-Ag3PO4-Mt是具有稳定性的、可以重复利用的催化剂。
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