超导材料YBCO在催化降解有机染料及光催化领域的应用

发布时间：2020-10-13 19:25

　　 环境的污染、清洁能源的缺乏,已经成为人类面临的严重问题,特别是人类活动造成的严重水污染,导致缺水问题日益严重。传统的物理技术(活性炭吸附、超滤、反渗透、化学试剂凝结、合成吸附树脂上的离子交换等)可以有效将有机污染物从水相转移到另一相,这种物理处理方式不能消除污染物,有时还会导致二次污染,并且,可再生吸附材料的生产使用成本较高。因此,彻底分解有机物是一个非常有意义的研究。高级氧化过程(AOPs)能够处理水体污染问题。AOPs发生的前提条件是要有活性很高的物质,如羟基自由基(·OH)的存在。Fenton反应是处理废水中不可生物降解的有机污染物过程中最快速、最具成本效益和最先进的氧化方法之一。反应过程中,氧化剂发生离解,同时形成具有高活性的·OH,·OH可侵蚀和破坏有机污染物,将废水中的有机化合物染料矿化为CO_2、H_2O和无机盐等无害化合物。利用太阳能光催化光解水中的有机污染物是近二十年来发展起来的新技术。无论是传统治理水中污染物的方法还是新型光催化过程,·OH都是重要的活性中间体,它的产生和转化过程以及浓度对处理水中污染物或光解水过程均有重要影响。YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)是一种高温超导材料,具有优异的电子传输性能,特别是研究发现,该材料具有常温下促进H_2O_2快速分解的特性。而H_2O_2的生成反应平衡中,·OH是重要的活性中间体。因此,本文基于超导材料YBCO,研究了促进H_2O_2分解对有机污染物降解和光催化产氢产氧的影响。论文第一部分研究了超导材料YBCO在催化降解有机污染物方面的应用。超导材料YBCO具有独特的结构缺陷、可变的化学计量式、混合价态的铜离子,表面氧含量高,这些特性,使其具有催化氧化的潜力。当YBCO与H_2O_2同时存在时,YBCO可迅速催化H_2O_2水溶液产生大量的·OH,·OH作为强氧化剂,可降解溶液中的有机染料亚甲基蓝(MB)。本研究中通过固相烧结法合成了超导材料YBCO,探究了其降解MB的最优条件。论文的第二部分,研究了超导材料YBCO对光催化产氧方面的影响。WO_3具有约12%的太阳光谱吸收范围、良好的空穴扩散性能,在光催化产氧领域应用广泛,是一种常见的光催化产氧催化剂。本研究以WO_3做载体,负载YBCO,合成了复合催化剂YBCO/WO_3,基于YBCO表面的特殊性质,探究超导材料在促进光催化产氧方面的性能。论文的第三部分,在前期工作的基础上,进一步研究了超导材料YBCO对光催化产氢方面的影响。WO_2-Na_xWO_3光解水过程由于反应过程中过氧化物的产生,阻碍了O_2的释放。YBCO具有催化氧化过氧化物的能力,将YBCO与WO_2-Na_xWO_3复合,探究通过促进过氧化物的分解,提高其产氢效率。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;O643.36
【部分图文】：

几个方面：（1）太阳能光催化制氢。氢被认为是当今最具有应用前景的清洁能源，其燃烧产物只有水，氢能清洁无污染。利用光催化分解水产氢是最重要的制氢方法之一，该方法将太阳能作为能源，使用水作为储氢材料。（2）太阳能光催化降解污染物。纺织染料等有机化合物被排放在水中，是水污染和富营养化的重要来源，并且可能通过发生在废水阶段的氧化、水解或其他化学反应而生成具有危险的副产物。而光催化降解技术则可将污染物彻底分解为无毒无害的物质。（3）太阳能电池。人们目前研究出的光伏太阳能电池、聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池等，将太阳能转变为电能，也是解决能源问题的一个途径。光催化降解(PCD)工艺在污水处理方面得到越来越广泛的应用，特别在是处理含有少量难降解有机物的废水领域，更加受到重视。与以往的的过程相比，该方法有几个优势：(1)完全矿化；(2)没有废物处理问题；(3)成本低；(4)可在温和的温度和压力条件下进行。目前已有研究致力于使用光催化去除废水中的染料，该方法能够实现将目标污染物完全矿化[21, 38-46]。

图 1-2 研究 Fenton 氧化废水处理论文的数量[5应在处理废水中的有害有机污染物方面非常有效，可氧化碳、水和无机盐等无害化合物。Fenton 反应过程有高活性 OH 形成，具有侵蚀和破坏有机污染物的来，Fenton 和光辅助 Fenton 反应已被广泛用于处理工物。它们的有效性是由于产生的 OH 具有高活性和种有机化合物。Fenton 反应的主要过程，是通过 F高活性的 OH，有效地将有机污染物完全破坏成无染物[51]。然而，均相芬顿反应在溶液中需要 50-80共同体指令允许的 2ppm[56]。此外，离子的分离和回个障碍。为了克服这些缺点，已经开发了如粘土[53碳[59]等负载铁离子的非均相催化剂。剂是 H2O2和亚铁的混合物，反应中会生成羟基自由

中对氮和磷的高去除率达到 8点：（1）微藻同化的氮和磷可生物质可用于生产生物能、食在一定的低温条件下呈现出电发现以来，对高温超导材料的为高临界温度（Tc）氧化物超化学计量，易于合成，引起了
【参考文献】

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本文编号：2839603