黄土颗粒负载光催化材料的制备及其性能

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在工业和科技高速发展的当下,能源消耗和环境恶化成为最严俊的问题,水资源的污染首当其冲,药物、农药、染料等有机污染物是重要环境污染源成分。为了减少这些污染物,水处理技术成为研究热点,现有的处理方法包括吸附、过滤、渗析和降解等。然而,通过光催化降解可以把有机污染物彻底去除,进一步减少二次污染。自1972年Ti O2被发现有优异的光催化活性至今,出现了越来越多的复合半导体光催化材料,其在去除有机污染物方面表现出优异的性能。当前,有效提高降解效率以及缩减成本是光催化技术尤为关注的问题。本论文将黄土(廉价易得的天然无机矿物)作为载体,通过原位沉积的方法,将硫化铋纳米线、硫化铋硫化镉纳米异质结及三氧化钨催化剂原位沉积于小颗粒黄土表面,制备出以黄土颗粒为基底的复合光催化剂,用于有机模拟废水的光催化降解,成功获得环境友好而高效的光催化材料。论文主要内容包括:第1章,概述了半导体光催化材料的工作原理、主要类型及改性方法,总结了粘土的种类以及分类方法。综述了粘土负载型光催化材料的合成方法以及应用领域。第2章,通过重力沉降法对天然黄土进行分离。采用SEM、BET、FT-IR、XRD、XPS、XRF以及TG对分离后的黄土颗粒的形貌、结构组成及性能进行了表征分析。结果表明:所分离出的小颗粒黄土(SLoP)主要由粘土组成,如伊利石、高岭石、绿泥石和蒙脱石,其比表面积、孔径和孔尺寸大,其作为基底制备黄土基吸附剂应具备更大的比表面积和吸附容量。第3章,以小颗粒黄土为基底,硫脲为硫源,采用水热合成法,将硫化铋纳米线原位沉积在小颗粒黄土表面,制得黄土负载硫化铋纳米线(Bi2S3@LoPs),通过SEM、BET、FT-IR、XRD对Bi2S3@LoPs的形貌、结构组成和性能进行了表征分析。在光降解反应仪中,考察光催化剂Bi2S3@LoPs对四种有机染料(亚甲基蓝、罗丹明B、结晶紫和孔雀石绿)的催化降解性能。结果表明:Bi2S3@LoPs对亚甲基蓝的降解能力最好,光照30 min之后降解率可达到99%以上,同时催化剂的稳定性优异,循环使用6次后仍具有较好的催化降解性能。第4章,以小颗粒黄土为基底,采用水热合成法将硫化铋硫化镉纳米异质结原位沉积在小颗粒黄土表面,制备了黄土颗粒负载硫化铋硫化镉纳米异质结催化剂(Bi2S3/Cd S@LoPs),通过SEM、UV、XRD、FT-IR以及比表面积和孔容孔径分析,表明成功制备了硫化铋硫化镉纳米异质结,并与黄土成功结合。以结晶紫为降解底物,在可见光照射下考察Bi2S3/Cd S@LoPs的催化性能,结果表明:黄土负载硫化铋硫化镉纳米异质结,在光照条件下,光催化剂Bi2S3/Cd S@LoPs在40 min后对结晶紫的降解率达到96.55%。第5章,以小颗粒黄土为基底,采用水热合成法,将三氧化钨纳米六方体原位沉积在黄土表面,制备出黄土颗粒负载三氧化钨(WO3@LoPs),采用SEM、FT-IR、XRD、UV对WO3@LoPs的形貌、结构组成及性能进行了表征分析。以WO3@LoPs为光催化剂,考察了光催化剂WO3@LoPs对四种有机染料(亚甲基蓝、罗丹明B、结晶紫和孔雀石绿)的催化降解性能。结果证明:WO3@LoPs对亚甲基蓝的降解能力最好,光照10 min之后去除率可达到99%以上,同时催化剂的稳定性优异,循环使用6次后仍具有较强的光催化降解性能。本文将环境友好的黄土作为基底,负载高效的光催化剂,制备出吸附能力和光催化降解功能共存的无机复合光催化材料,研究了复合光催化材料对有机废水的光催化降解性能,该复合光催化剂光催化性能优异,有望用于水处理研究领域。
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