弱光响应的多元复合催化剂的开发及其在海水体系中光催化降解有机物过程

发布时间：2018-02-25 02:03

本文关键词： 海水污染石墨烯/TiO_2 吸附相反应技术光催化稀土金属掺杂　出处：《浙江工商大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：工业和社会经济的高速发展,带来了众多日益严峻的环境污染问题。其中有机污染物废水陆排引起的近海海域污染,已经严重影响了我国沿海各大省份的渔业、养殖业等海洋相关经济产业的全面发展。海水体系是一个典型的含盐废水,而且又有大量的生物体系,传统治理有机废水的工艺难以在海水体系中运行。以TiO_2为代表的多相光催化降解污染物技术由于稳定、安全和低能耗等优点,可以为海水体系中污染物的去除提供一个全新的方向。但海水体系中要有效光降解有机污染物,还需要光催化剂首先克服盐离子的干扰。另外,近海海域环境中可利用的光源绝大部分是弱光光源(光强通常在1mW/cm2以下),要推广多相光催化降解技术还需要开发弱光响应的光催化剂。针对这两个难点,本文作者首次以氧化石墨烯和钛酸四丁酯为原料,首先利用吸附相反应技术在氧化石墨烯表面得到小粒径高分散的TiO_2粒子。而后利用溶剂热过程,促使TiO_2结晶形成的同时,也还原了氧化石墨烯表面的氧化基团,得到石墨烯(RGO)/TiO_2复合光催化剂。通过弱光激发下海水体系中苯酚的光降解过程,考评多个催化剂的光催化活性,同时初步探索海水体系中光降解苯酚的机理。最后通过改变制备条件,掺杂稀土金属离子等手段系统,结合多个表征手段研究了复合光催化剂结构和光催化活性之间的影响规律。主要研究内容包括以下几个方面:1、采用吸附相反应技术法和溶剂热法,两步制备了系列复合光催化剂,分别研究了溶剂热温度和制备水量对TiO_2结构、形貌、光催化性能的影响。结果表明,160℃溶剂热反应温度,3.0mL制备水量制得的RGO/TiO_2复合光催化剂的光催化性能最佳,在海水体系中对苯酚的总去除率达63.92%,约为P25的3倍之多。2、分别选取在最优条件下制得的RGO/TiO_2和SiO2/TiO_2以及商用P25光催化剂,研究了在海水和纯水体系中,苯酚初始浓度对各光催化剂光催化活性的影响,并初步探讨光降解过程机理。结果表明,RGO/TiO_2复合光催化剂在海水中对苯酚的光催化效率远高于SiO2/TiO_2及商用P25光催化剂,这是由于利用吸附相反应技术制得的复合光催化剂中TiO_2的粒径均小于5nm,极大地提高了其光催化性能;复合光催化剂中石墨烯拥有优异的吸附性能,能将苯酚有机物大量吸附到复合光催化剂表面。因此在海水溶液中复合光催化剂几乎不受到盐离子的干扰,仍能拥有优异的吸附和降解能力。3、采用吸附相反应技术和溶剂热反应法两步制备得到不同量稀土金属元素掺杂的X/RGO/TiO_2纳米复合光催化剂(X分别为Yb,In和La),对其进行了表征分析及光催化性能研究。结果表明,稀土金属元素均以+3价存在于复合光催化剂中,掺杂后能改变复合光催化剂中TiO_2的晶型结构,使之从单一的锐钦矿型变为锐钦矿和金红石的混晶型并能促进TiO_2的结晶过程。未进入晶格结构的稀土金属元素离子还能引入浅能级捕获中心,进而提升了复合光催化剂的光催化活性。其中当In的掺杂量为0.2%时,所得In/RGO/TiO_2复合光催化剂的光催化活性最高,对苯酚的总降解率可高达73.8%,比未掺杂时高出10%。
[Abstract]:The photocatalytic degradation of phenol in seawater system has been studied by means of adsorption phase reaction technique and solvent thermal method . The crystal structure of TiO _ 2 in the composite photocatalyst can be changed from a single anatase type to a mixed crystal form of anatase and rutile , so that the photocatalytic activity of the composite photocatalyst can be promoted . The total degradation rate of the In / RGO / TiO _ 2 composite photocatalyst can be up to 73.8 % when the doping amount of In is 0.2 % , which is 10 % higher than that of undoped photocatalyst .

【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X55;TQ426

【参考文献】