Keggin型多酸基纳米材料的合成及其有机染料吸附和可见光催化水氧化性能研究

发布时间：2020-08-28 03:00

【摘要】：当前,环境污染主要涉及到的是有机染料的污染,其中工业废弃的有机染料是最常见的环境污染物,这类污染物大多数都含有卤代物和硝基化合物,少量含有氨基化合物类有毒物质,对环境和饮用水质造成了严重的危害。因此,采用纳米材料来处理环境污染物受到国内外相关专家的高度重视。因为,相比于普通的块体材料,纳米材料有很多独特的特征,包含光、热、电、磁等优异物理性质。而且它有以下几个方面的特点:一、合成纳米材料方法比较简单;二、经济、环保等特点在环境污染领域发挥着重要作用。相对而言,多金属氧酸盐(简称多酸)纳米材料已具备以上纳米材料主要的特点,不论在合成方法还是材料的稳定性方面都有很好的性能。但是,唯一一个缺点就是多酸纳米材料的尺寸,限制了它的实际应用。因此,对多酸进行修饰和改进,以拓展光谱吸收范围、减少尺寸;开辟一种新型高稳定性的多酸纳米材料成为目前光催化范畴的重点研究课题。为此,寻找低成本且高效吸附有机染料的多酸纳米催化剂具有重要意义。本论文选用Keggin型多酸为基本建筑单元,与过渡金属Ag在常规水溶液条件下,采用了表面活性剂智能控制的软化学法和胶束定向法合成了8种不同形貌的多酸纳米材料,并通过高温烧结多酸获得两种Ag掺杂W03和MoO3纳米材料。探讨了不同反应条件对多酸纳米材料的结构以及性质的影响,并且研究了多酸纳米材料吸附有机染料的性质和可见光催化水氧化产氧性质。1.以四种Keggin型多酸(磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸和锗钨酸)为原料,使用软化学法处理表面活性剂,制备了四种多酸基纳米材料。Ag3PW12O40·36H2O(纳米材料 1)Ag3PMo12O40·34H20(纳米材料 2)Ag4SiW12O40·35H2O(纳米材料 3)Ag4GeW12O40·40H2O(纳米材料 4)用100mg样品将浓度20mg/L的100mL亚甲基蓝染料溶液褪色,结果在5分钟内的吸附效率是96.3%,溶液基本无色。四种多酸纳米材料的吸附MB染料的吸附效率大小顺序为纳米材料2143。在相同的条件下,浓度为20mg/L的100mLRhB溶液在30分钟内RhB吸附去除,脱色率达到96.1%。四种多酸纳米材料的吸附RhB染料吸附效率大小顺序为纳米材料1234。这四种多金属氧酸盐的合成纳米材料对亚甲基蓝和Rhodamine B溶液环境良好的吸附性能。2.利用表面活性剂(乳化剂OP-10)导向的液相合成方法,合成四种具有不同形貌的多金属氧酸盐纳米材料(Ag3PW12O40·36H2O)包括:立方体多酸纳米材料(纳米材料5)长方形多酸纳米材料(纳米材料6)五边形多酸纳米材料(纳米材料7)球形多酸纳米材料(纳米材料8)结果发现,不同形貌的多金属氧酸盐纳米材料的不同形貌的出现使由表面活性剂中的组装结构和它们之间的的配位作用有关。所以我们加入不同量表面活性剂来控制多酸基纳米材料的形貌和大小尺寸并研究了该四种不同形貌的多酸纳米材料吸附水中有机染料罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)性能。3.本实验首先采用胶束定向法合成两种多酸纳米材料,然后通过烧结多酸纳米材料获得两种Ag掺杂WO3和MoO3纳米材料:银掺杂WO3纳米材料(纳米材料9)银掺杂MoO3纳米材料(纳米材料10)观察了这两种Ag掺杂WO3和MoO3纳米材料9和10的有机染料吸附性能和可见光催化水氧化性能。Ag掺杂WO3和MoO3纳米材料9和10具有优异的吸附有机染料RhB和MB性能,纳米材料9的吸附量分别为822 mg/g和820 mg/g。纳米材料10的吸附量分别为642 mg/g和805 mg/g。此外,在可见光的照射下(λ≥420 nm),催化实验证明纳米材料9的氧产生速率为95.43μmol/(L,h)(纳米材料10的氧产生速率为75.45μmol/(L,h)),这是纯的 W03 的 9.3 倍(9.012 μmol/(L,h))以及纯的 MoO3 的 7.3 倍(9.00μmol/(L,h))。光催化活性的提高归因于他们的可见光吸收的增强和Ag的掺杂提高了光生载流子的分离效率。该研究为其它新型复合光催化剂的开发提供了新的思路。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TB383.1

【参考文献】