新型光催化剂的制备及其光催化还原六价铀（Ⅵ）的性能研究

发布时间：2020-07-15 00:21

【摘要】：核能作为一种清洁、高效的原子能,被认为是解决当今世界能源危机和环境污染问题最具潜力的能源之一。然而随着核工业的飞速发展,大量放射性废水的排放严重破坏生态系统、威胁人类健康。铀(U)作为核能的主要原料,成为需要最先控制的放射性污染物。光催化技术是一种新兴的高效节能绿色环保技术,利用半导体在光照条件下将可溶的U(Ⅵ)还原成不可溶U(IV),达到去除效果。然而传统的半导体存在活性位点少和催化活性低等缺陷,无法满足实际应用。因此本文通过锡(Sn)掺杂改性硫化铟(In_2S_3),获得催化活性更高的光催化剂。同时本研究还成功制备了更为高效的新型锡基硫氧化物(SnOS)光催化剂,通过X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等表征方法,分析两种光催化材料的形貌特征、晶体结构及禁带宽度等。探索所制备半导体光催化还原U(Ⅵ)的性能。结果如下:(1)采用水热法合成系列Sn掺杂In_2S_3材料。通过以上表征分析表明,Sn成功掺入In_2S_3晶格内,形成了独特的纳米片分层多孔结构,且比表面积增大。相比于单一的In_2S_3,Sn掺杂In_2S_3材料对U(Ⅵ)的光催化还原率均有明显的提高。其中,Sn和In的摩尔比为1:4.8时的催化剂(即Sn-In_2S_3)光催化还原率最高,光照40 min后去除率达到95%,其反应速率是单纯In_2S_3的15.60倍。多次循环利用后,Sn-In_2S_3结构保持稳定,铀的去除率仍能达到85%以上。Sn-In_2S_3催化还原率显著提升主要归因于:表面活性位点增多,可见光吸收能力更强,禁带宽度变小,电子-空穴对的复合率低。最后提出了Sn-In_2S_3的光催化机理。(2)采用溶剂热法制备的SnOS,不仅具有优越的铀吸附性能,而且对U(Ⅵ)的光催化还原活性也很高。SnOS对铀的吸附等温线更符合Langmuir模型,其最大吸附容量高达321.64 mg/g;吸附动力学过程更符合伪二级动力学。吸附机理包括静电吸附和表面Sn-OH官能团与金属离子的络合作用。并且当铀溶液pH为6,暗吸附时间为120min后进行光催化反应活性最高。120min的吸附和180min光催化反应结束后U(Ⅵ)的总去除率高达95%。此外,循环实验表明SnOS具有良好稳定性和再生性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X771
【图文】：

可见光,紫外光,机理

技术可以去除水体中的无机物，特别是重金属。一方面，光催化技金属离子，比如 Mn2+、Cr6+、Hg2+、Pb2+、Co2+、Zn2+等；另一方面法沉积回收 Au、Ag、Pt 等贵金属[45]。Ravikiran 等[46]在可见光下将r6+还原成低毒性的 Cr3+；孙天一等[47]利用 ZrO2-Fe3O4在可见光下中的 As(III)转化成低毒的 As(Ⅴ)，进而实现水中砷的高效去除。光 Pb2+氧化为 Pb4+，最终以 PbO2形式沉淀下来，达到去除的目的。净化化技术可实现对空气中诸如含硫化合物、NOX、VOC 等常见污染物 CO2的光催化还原等。Ma 等[48]的研究表明，g-C3N4-TiO2不管是在件下对空气中的 NO 均表现出很强的光催化氧化活性，净化机理如图与氧气生成氧化能力很强的超氧自由基（ O2-），最终将 NO 转变成空气。

光催化机理

图 1-2 光催化机理图Fig. 1-2 Photocatalytic mechanism响因素受催化剂本身的结构因素影响，而且与反应过要的影响因素：带结构。半导体的带隙能（Eg）大小直接决和导带电位则决定了氧化和还原能力。当 Eg，然而紫外光仅仅占太阳能的 5%，并不利于以被λ>400nm 的可见光激发，产生光生电子空穴（h+）的氧化能力，价带电位越正，氧化导带上电子（e-）的还原能力，导带电位越负染物的氧化还原电极电势符合能级匹配原则，]。禁带宽度和价/导带位置二者需要相互平衡

双酚A,光催化降解,机理,禁带宽度

第一章绪论体表面形成的缺陷能级有利于电子的迁移，从而降低 Co-BiOCl 具有更窄的禁带宽度和更强的光吸收能力止，非金属离子掺杂主要为 N、C、P、B、F 和 S 等金属元素掺杂 g-C3N4半导体后的光催化性能，制-C3N4[49]半导体，F、B、S 掺杂后取代了 g-C3N4结构S 键，有利于禁带宽度的减小和光响应范围的拓宽，报道，Rh-SrTiO3[75]、Zn-BiOCl[76]、Sn-ZnO[77]、Sb-S的改性方法有利于半导体光催化性能的提升。

【参考文献】