固溶体膜式光催化剂的开发及其光催化性能的研究

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光催化技术由于其绿色节能、价格低廉且高效广谱,近几十年受到极大关注并被认为是一种具有潜力的环境治理技术。近年,尽管光催化技术的研究有很大的进展,但固载化问题一直是限制光催化技术应用的难题之一。本文主要通过静电纺丝技术制备不同形态的固溶体膜式光催化剂,以解决光催化剂的固载化问题,并进一步将其应用于污水处理之中。主要研究内容如下:(1)通过水热法制备了系列粉体的BixInyOCl固溶体光催化剂。一方面,In元素的固溶可以大大提高BiOCl的比表面积,从而为光催化反应提供更多的活性位点;此外,In元素的固溶可以负移BiOCl光催化剂的导带电位,同时可以正移价带电位,因而使得BixInyOCl固溶体光催化剂的氧化还原能力大大增强。因此,BixInyOCl固溶体光催化剂光催化还原Cr(VI)的效果相较于纯的BiOCl光催化剂明显提升;其对于棉浆粕废水的光催化处理效果也显著提高。(2)在掌握了粉体BiInOCl固溶体光催化剂的制备及性能特征的基础上,通过静电纺丝技术制备了PAN/BiInOCl膜式光催化剂,并配套设计了斜板式光催化反应设备。通过斜板式光催化反应设备的配套使用,从根本上解决了光催化剂固载化问题,实现PAN/BiInOCl膜式光催化剂对模拟污水的快速有效的降解和去除,为光催化剂降解污水的实际应用奠定了基础。实验结果表明,在实际太阳光照射下,具有最佳的光催化降解效果的PAN/BiInOCl-3膜式光催化在30 min内即可实现对Rh B的完全降解,且具有很好的稳定性。自由基捕获实验证实羟基自由基和空穴在光催化降解Rh B过程中起主要作用。(3)在成功的制备了PAN/BiInOCl膜式光催化剂的基础上,结合实验室前期的研究基础,选用光催化性能良好的CdZnS作为活性成分,通过静电纺丝技术及原位合成法成功制备出自由组装式悬浮型CdZnS/TiO2膜式光催化剂。该悬浮型膜式光催化剂可以进行任意尺寸和形状的组装,通过组装该悬浮型膜式光催化剂可以对不同水域条件下的污染物进行光催化降解,有效避免了悬浮催化剂在使用过程中的团聚和分布不均匀的问题。通过改变填充物的密度,可以将催化剂控制在水体的不同深度,从而实现对不同水体位置的污染物进行针对性的光催化处理。本文选用铜绿微囊藻作为目标污染物进行光催化降解实验。实验结果显示:该悬浮型CdZnS/TiO2膜式光催化剂对铜绿微囊藻具有高效的降解去除作用,其中具有最佳光催化性能的CdZnS/TiO2-2在可见光的照射下2 h内即可将铜绿微囊藻全部去除。该自由组装式悬浮型CdZnS/TiO2膜式光催化剂的成功制备不仅解决了传统粉体光催化剂回收困难,易造成水体二次污染的难题,而且为悬浮型光催化剂的研发与制备以及光催化技术在水污染处理中的实际应用提供了一种全新的思路和方法。
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