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本文首先制备了活性炭负载二氧化钛复合催化剂(TiO2-AC)及纳米催化剂Bi2WO6,并表征其晶相结构、表面形貌和光学特性,然后以罗丹明(RhodamineB,RhB)为目标物分别考察了两种催化剂TiO2-AC和Bi2WO6的光催化活性,最后详细探讨了RhB及2,3,4,6-四氯酚(2,3,4,6-tetrachlorophenol,TeCP)在微波辅助光催化体系中的降解机理,详细内容如下:
(1)通过微波辐照-浸渍涂抹法制备了不同活性炭含量(质量分数为4%,7%和13%)的负载型TiO2-AC复合催化剂。XRD分析表明加入活性炭后,TiO2的晶相没有明显的改变;TEM和SEM结果表明活性炭表面已被TiO2纳米粒子完全覆盖;活性炭含量分别为4%,7%和13%(质量分数)时,其相应的TiO2-AC复合催化剂的比表面积分别为127.67,138.10,184.32m2/g。然后以RhB为目标物考察了所制备的复合催化剂的光催化活性。结果表明,微波辅助能够显著提高光催化降解污染物的效率,活性炭含量为7%的复合催化剂的光催化活性最高;以TiO2-7AC为催化剂时,浓度为30mg/L的RhB溶液20 min的去除率为96.0%,反应速率常数是以P25为催化的4.16倍;
(2)采用水热法制备了纳米光催化剂Bi2WO6,水热温度及处理时间分别为160℃、16 h。XRD分析表明所制备的Bi2WO6晶形良好,其粒径约为132 nm;TEM图片表明Bi2WO6呈矩形薄片状;BET分析表明Bi2WO6比表面积为22.32m2/g;Bi2WO6在紫外区具有强烈吸收,并且延伸到部分可见光去,其吸收带边为447 nm,Bi2WO6的禁带宽度约为2.78 eV。考察了微波辅助Bi2WO6的催化活性,浓度为10 mg/L的RhB溶液60 min的去除率为94.0%,反应速率常数为0.0454 min-1。
(3)以TiO2-7AC为催化剂时,LC/MS检测到了两种脱一个乙基的产物:DER,DER’,而没有检测出进一步脱乙基的产物;GC/MS检测到了12种中间产物:草酸、丙二酸、琥珀酸、邻苯二甲酸、马来酸、间硝基苯甲酸等。根据检测出的降解产物,推测了RhB的降解机理:RhB首先在OH·和光生空穴h+的作用下发生共轭生色团的破坏,然后生成的含苯环产物开环降解,最后使RhB及其中间产物完全矿化。
(4)当以Bi2WO6为催化剂时(H2O2,2.5 mmol/L),LC/MS检测了反应过程中RhB降解产生的五种脱乙基中间产物:DER、EER、DR、ER和R,并且脱乙基产物的质谱响应都较高。用GC/MS检测了7种RhB及其脱乙基产物进一步降解产生的中间产物:琥珀酸、苯甲酸、己二酸、邻羟基苯甲酸、邻苯二甲酸等。根据检测出的降解产物,推测了RhB的降解机理:RhB首先在光生空穴h+和OH·的作用下通过两条竞争的途径(脱乙基和共轭生色团的破坏)降解,然后生成的含苯环产物开环降解,最后矿化完全。
(5)微波辅助Bi2WO6光催化降解四氯酚(TeCP)的降解动力学常数为0.191min-1,其降解效率为94%(20 min),相应的矿化率为42.1%。GC/MS分析检测到了7种光催化降解中间产物:2,3,4-三氯酚、2,3,5-三氯酚、2,3,6-三氯酚、2,4,5-三氯酚、2,4,6-三氯酚、3,4,5-三氯酚和2,3,5,6-四氯酚。TeCP的降解包括四个过程:TeCP异构化生成2,3,5,6-四氯酚、四氯酚脱氯生成三氯酚、三氯酚异构化和矿化。