基于光热效应结合微流控技术构建催化有机物新平台的研究

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良好的环境对于维持人类健康至关重要。对于环境的治理,研究人员将注意力逐渐集中到利用金属纳米材料来催化降解环境污染物,这是因为金属纳米粒子具有独特的化学和物理性质。载体的微观结构以及电子特性也能使金属纳米材料的电子结构发生改变,促使金属纳米催化剂对某些特定反应表现出高效的催化能力。本论文选择简单、低成本且性能优良的载体负载金属纳米材料制备纳米催化剂,结合微流控技术构建多通道连续流动催化新平台,用于高效的催化降解环境有机污染物。此外,金纳米材料还具有独特的光热效应,在激光的照射下能够产生热。利用光热效应这一独特的优势,实现了催化效率的提高。主要研究内容如下:结合微流控精确控制和连续流动的特点,构建了一种新型的多通道连续流动催化反应器平台,并将其用于高效、高可重用性的有机污染物的连续降解。使用聚乙烯醇海绵(PVA)负载不同金属纳米颗粒作为催化剂,利用平台上的多个并联反应器,同时催化模型化合物对硝基苯酚(4-NP)。实验发现,Au NPs/PVA相对于Co NPs/PVA表现出更优异的催化效率,经过20次催化循环后,Au NPs/PVA仍具有较高的可重用性。具有精确流量控制的微流控装置为连续催化提供了一个很好的平台,从而最大限度地减少了传统间歇反应器存在的问题,可定制的催化反应器平台能够使用多个催化剂同时催化一种或多种污染物。制备了在532 nm波长附近具有强吸收的金纳米材料,结合微流控平台用于有机污染物的高效催化还原,并基于金纳米材料的光热效应用于提高催化效率的研究。以邻硝基苯胺(2-NA)为模型有机化合物,实验发现,在532 nm激光的照射下,其催化过程的催化速率更高,转化率提高了24%。经过10次催化循环测试,Au NPs/PVA仍具有较高的催化效率。通过添加银离子来控制金纳米材料的纵横比,进而合成了在808 nm波长附近有强吸收的金纳米材料。作为载体的pulp是一种在水相中具有很好分散性的固体材料。基于光热效应,构建利用808 nm激光照射来提高催化效率的反应平台。实验发现,在激光的照射下,Au/pulp在催化2-NA的过程中表现出更加优异的催化性能,转化率达到95%时,所需要的时间从12 min缩短到6 min。经过8次催化循环测试,Au/pulp仍具有较高的催化效率。以上的研究工作,对于探索提高催化降解有机污染物的效率,实现在环境保护等各方面的应用,具有较高的现实意义。也为进一步研究光热催化过程提供了新的见解和研究平台,对提高金纳米催化剂在各方面的应用效率具有较大的潜力。
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