高级氧化技术降解甲基橙的研究

发布时间：2020-04-23 09:26

【摘要】：高级氧化技术具有高效、简便、二次污染少等特点,在降解有机污染物方面应用前景广阔。我们以甲基橙(MO)为模型污染物,采用基于光催化和硫酸根自由基(SO_4~(*-))的高级氧化技术降解MO,考察了Ag_2SO_3基复合材料在可见光照和/或暗态条件下对MO的降解效果,检测了降解MO的主要活性物种,并讨论了相关反应机理。本文主要开展了以下研究工作:(1)基于氧化石墨烯(GO)和Ag+离子之间的相互静电作用和沉淀转化反应,制备了 GO包裹Ag_2SO_3/AgBr(GO/Ag_2SO_3/AgBr)的等离子体Z型复合光催化材料。通过一系列表征结果证实了该复合材料的结构、形貌和组成。GO纳米片的掺入不仅显著提高了复合材料的可见光催化活性,还提高了 Ag_2SO_3/AgBr复合纳米颗粒的重复使用性。GO/Ag_2SO_3/AgBr在4次循环实验后仍保持较高的光催化活性。由于GO的良好导电性,光照过程中,GO/Ag_2SO_3/AgBr发生AgBr→Ag→Ag_2SO_3→GO或AgBr→Ag→GO的电子转移,导致电子和空穴的有效分离。随后,电子与GO反应形成rGO或被溶解氧捕获生成超氧自由基(O_2~(*-)),从而进一步去除MO分子。通过自由基捕获实验发现,光生空穴(h~+)和O_2~(*-)是降解MO的主要活性物种。(2)通过沉淀法制备了 Ag_2SO_3,再经沉淀转换反应或离子交换反应制备了一系列不同质量比的Ag_2SO_3/AgCl和Ag_2SO_3/Ag_2S纳米复合材料。这两类Ag_2SO_3基纳米复合材料在可见光照下可有效降解MO,且在暗态条件下能一定程度下降解MO。自由基捕获实验表明,光照条件下h~+和O_2~(*-)是主要的活性物种。在暗态条件下,适量Na_2SO_3的加入可促进MO的降解,SO_4~(*-)是降解MO的主要活性物种。(3)基于(2)的研究工作,我们以活化Na_2SO_3溶液产生SO_4~(*-)降解MO为目标,考察了单一银盐催化剂(Ag_2SO_3、Ag_2CO_3、Ag_3PO_4)以及几种过渡金属离子(Ag~+、Cu~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+))活化Na_2SO_3降解MO的效果,包括上述活化剂的用量、温度、光照等因素的考察。发现活化剂活化Na_2SO_3降解MO的顺序是Co~(2+)Cu~(2+)Ag~+ ≈ Ag_2SO_3Ag_2CO_3Ag_3PO_4。考虑到过渡金属离子的使用可能造成的二次污染,我们进一步使用水合肼还原Ag_2SO_3制备了低溶解度的Ag/Ag_2SO_3复合材料,与Ag_2SO_3相比,它能更快地暗态降解MO。暗态自由基捕获实验证明SO_4~(*-)是降解MO的主要物种。升温和增加光照强度均可加快MO的降解。
【图文】：

２．３．１银盐复合材料的优化逡逑在可见光照射下，我们对４０邋ｍＬ邋２０邋ｍｇ／Ｌ的ＭＯ溶液进行光降解，来评估制逡逑备的银盐复合材料，并以此为依据选出对ＭＯ的降解效果最佳的催化剂。图２．１逡逑（Ａ－Ｂ）分别显示了加入不同量的ＫＢｒ溶液（Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ）和不同浓度的ＧＯ逡逑溶液（Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ）制得的催化剂对ＭＯ水溶液的可见光降解。从图２－１Ａ逡逑可观察到当３邋ｍＬＫＢｒ溶液（１６邋ｇ／Ｌ）加入使得Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ催化剂对ＭＯ的效逡逑果较好。于是我们在此基础上加入ＧＯ制得Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ复合型催化剂，从逡逑图２－１Ｂ可观察ＧＯ浓度的改变引起ＭＯ降解速率的改变，当ＧＯ浓度过高时，逡逑ＧＯ自身对可见光的吸收使ＭＯ的光降解速率降低。当ＧＯ的浓度为０．０４邋ｇ／Ｌ时，逡逑使得Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ的降解效率最佳。光照６邋ｍｉｎ时，催化剂对ＭＯ的降解率逡逑高达９９％。逡逑逦仆逦邋１逦／／逦：逦逡逑■邋Ａ邋■邋５逡逑０．８－逦ｖ？＼逡逑２0ｍｇ／ＬＭＯ邋｜＾＼逦0．８：逦２0Ｗ0逡逑０，６逦；逦：逡逑0逦１邋ｍＬ邋ＫＢｒ逦．、？邋＼、＼逦＾逦：邋１邋＼逡逑０．４－邋－＊—２邋ｍｌ邋ＫＢｒ逦＊邋＼邋＼逦0逦：逡逑？邋３ｍＬＫＢｒ逦ｔ邋，＼邋＼逦。．４邋－逦＋逦：＼逡逑0２．邋＋Ｗ邋丨邋＇、：处＼逦＾ｌａ＾ＧＯ邋：逡逑00逦丨成。逡逑ｊ，，一．一／／．邋，邋．邋．邋Ｉ逦逦逦．逦

图邋２－５邋（Ａ）邋ＧＯ，邋（Ｂ）邋Ａｇ２Ｓ０３／Ａｇ＆，（邋Ｃ）邋Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ邋的邋ＴＥＭ邋图。（Ｄ）邋Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ逡逑高分辨下的ＴＥＭ图。逡逑图２－６描述了合成Ｇ０／Ａ＆Ｓ０３／ＡｇＢｒ的整个过程。首先，带正电荷的Ａｇ＋离逡逑子通过静电相互作用吸附在带负电荷的ＧＯ纳米片表面。然后加入的Ｎａ２Ｓ０３溶逡逑液与吸附的Ａｇ＋反应在ＧＯ表面上形成Ａｇ２Ｓ０３纳米颗粒。ＧＯ纳米片的存在能有逡逑效地分散形成的Ａｇ２Ｓ０３纳米颗粒，并抑制纳米颗粒的团聚。当添加高浓度ＫＢｒ逡逑溶液时，通过沉淀转化反应在Ａｇ２Ｓ０３表面上原位生成ＡｇＢｒ。最终形成ＧＯ纳米逡逑片包裹的Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ复合物。逡逑（Ａ）邋0Ｈ邋Ｃ？）ｔ）Ｈ邋ＯＨ逦（Ｂ）邋ＶＨ逦ｆ逡逑ＣＣＸ＞Ｕ邋ＯＨ邋ｃｏｏｎ逡逑００逦？逦０逦｜邋ｓｃｖ－逡逑Ａｇ２Ｓ０３邋ＡｇＢｒ逡逑（Ｄ）邋ＣＸＸＷ逦？Ｈ逦（Ｃ）邋ＯＨ邋ＣＯＯＨ邋ＯＨ逡逑ｉｉ邋ｉ一杂邋＿ｉ逡逑ＣＣＸ）Ｈ邋ＯＪｎ邋ＣＯＯＨ逦胃邋ｃｏｏｕ邋ｏｎ邋ｄｏｏｕ逡逑ＧＯ／Ａｇ＾ＳＯｙＡｇＢｒ逦ＧＯ／Ａ＆ＳＯ；逡逑图２－６邋Ｇ０／Ａｇ２Ｓ０３／ＡｇＢｒ复合材料的合成过程图。逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

【参考文献】

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本文编号：2637585