磁性复合光催化材料的制备及其光催化性能研究

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TiO2光催化材料由于其催化降解有机物的效果良好,而且性能稳定、无毒,成为近20年来水环境污染治理技术研究的热点之一。但传统的TiO2光催化材料不易回收、浪费严重、运行成本较高,使该技术至今未能大规模应用于降解处理有机废水。本文以探索一种既高效降解又便于回收、可重复利用的光催化材料为目标进行研究。在查阅大量文献资料的基础上,拟定实验方案如下:以纳米Fe3O4为基材粒子,于其上包覆TiO2光催化材料,使其具备磁性,便于回收。鉴于磁性TiO2光催化材料降解率低的问题,采用膜包覆技术,选用Al2O3、SnO2、SiO2对磁性光催化材料进行复合改性,并探讨了制备条件对其光解性能的影响,研究获得:(1)选取自制TiO2与商品TiO2进行光催化性能对比实验。结果表明,催化光解160min后,降解率分别为94%、99%,认为自制TiO2光催化材料可行,为在实验室条件下对自制TiO2的复合改性奠定基础。(2)以滴定水解法制备Fe3O4磁核对自制TiO2光催化材料负磁,并验证其磁性能。结果表明,该材料具备了优良的磁性能,能够通过磁性分离技术有效回收,但其光解160min后,降解率仅为32.68%,反映光催化降解性能较低。(3)为了提高磁性光催化材料的降解效率,分别选用Al2O3、SnO2、SiO2对其复合改性。光解160min后,Al2O3复合磁性光催化材料具备了最好的催化降解效果,降解率为93.28%,SnO2、SiO2复合磁性光催化材料的降解率分别为86.0496和79.63%。(4)用Al2O3复合的磁性光催化材料连续六次处理相同浓度的亚甲基兰溶液,第两次、第三次重复使用时的降解率分别为新催化材料的93.91%、85.44%。此后催化降解效果迅速下降,在重复使用五次后,仅为59.77%。(5)通过对Al2O3复合磁性光催化材料扫描电镜(SEM)表观形貌及其材料吸附性实验的研究,得出该材料催化性能的提高与Al2O3的加入改变其吸附性能有关。(6)Al2O3复合磁性光催化材料光催化降解亚甲基兰反应,符合一级反应动力学方程,ln(Co/C)与时间t保持了良好的线型关系。Al2O3复合磁性光催化材料的成功合成,可望为光催化剂的回收和推广利用提供新的途径。
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