光芬顿与光催化污染物降解的动力学比较研究
发布时间：2020-12-19 17:26
水中有毒有害有机污染物的处理问题一直都是环保领域的研究热点之一。光Fenton和光催化技术作为绿色高效的有机污染物去除技术得到越来越多的关注,在难降解污染物的去除方面具有重要意义。石墨相氮化碳（g-C3N4）和钒酸铋（BiVO4）具有较窄的禁带宽度,并且g-C3N4的导带电位（-1.1 V vs NHE）和BiVO4导带电位（-0.32 V vs NHE）,都比O2/H2O2（0.69 V）的还原电位更负,所以这两种半导体的导带电子都有足够的能量将O2还原为H2O2。本文以环境有机污染物高效绿色去除为研究目标,分别采用用g-C3N4和BiV04为光响应材料,比较研究光芬顿和光催化污染物降解的动力学及机理。发现在不同催化剂体系和不同有机污染物情况下,光催化过程总是表现出零级动力学特征而光芬顿过程符合一级动力学特征。论文的主要结论如下:（1）将微量铁掺杂在剥离的层状g-C3N4中,制备了一系列不同浓度铁掺杂的光催化材料,并比较研究了该材料上的光芬顿与光催化罗丹明6G（Rh6G）降解反应。当Fe负载量达到0.054 wt%并添加10 mmol/L H2O22时,Rh 6G的最佳移除效率在0....
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化降解机理示意图
1绪论5染物降解过程中，活性氧相关自由基的产生在促进高级氧化过程中起着至关重要的作用。为了提高降解率，首先要选择较为合适的半导体催化剂。对于理论上选择合适的半导体催化剂建议应该具体考虑的方面如下：图1.2在pH=7时，各种光催化剂的带隙能和氧化还原电势Figure1.2Bandgapenergiesandredoxpotentialsofvariousphotocatalysts,pH=7首先，以降解RhB为模型污染物，要优先选择半导体催化剂的价带上空穴的氧化电位比RhB（1.43V）[46,47]的氧化还原电位更正，这表明通过光生空穴可以使RhB氧化。其次，选择可以原位生成H2O2的半导体催化剂，只要导带上方电子的电势小于0.69V，那就可以将O2还原为H2O2[29]。同时，尽量选择禁带宽度较窄的半导体光催化剂。最后，为了提高降解效率可以考虑半导体催化剂的价带电位只要比OH-/OH（1.99V）和H2O/OH（2.37V）所需的氧化电位更正，空穴也可以直接将OH-或H2O氧化成OH[29]。如果存在这样的半导体，就可以类似于“双通道”法，不仅利用导带上方电子还原H2O2生成的高活性的OH，而且，也可以利用光生空穴中将OH-或H2O氧化成OH，“双通道”法会大大提高催化剂的降解效率，缩短反应时间。但是，筛选出一种较为合适的半导体基本上很难达到“双通道”的效果，可以通过将两种半导体构成异质结来实现。综上所述，选择理论上可行的催化剂不只考虑一个方面，应该多方面综合考虑。基于此，得出g-C3N4和BiVO4是适合的候选催化剂。1.6动力学研究1.6.1动力学研究的最新进展截至目前，因为光降解反应是通过利用太阳光从而可以较大程度的增加光的利用
2实验部分112.4.10电化学阻抗谱（EIS）采用CHI660E型电化学工作站测试材料的电化学阻抗谱（Electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS），基础体系是三电极。并利用选定的等效电路图和Z-view软件拟合。2.5光芬顿与光催化降解染料测试2.5.1光源用FZ400光功率计校准的300W氙气灯（北京纽比特科技有限公司）用作模拟太阳能光源，并将实验光强度控制在100mW/cm2（AM1.5G）。2.5.2实验装置图2.1光芬顿与光催化降解染料的实验装置示意图Figure2.1ASchematicillustrationforthephoto-Fentonandphotocatalyticdegradationofdyesexperimentaldevice样品的光催化活性可通过染料在光照射下的移除效率来计算。为了消除氙灯光源产生的热量对于反应的影响，所以要在氙灯与反应容器之间的冷凝盖中加入循环冷却水。同时，让光源固定在与溶液表面的距离为10cm处。将催化剂分散在于一定浓度的降解物溶液中，黑暗中搅拌1h以建立物理上的吸附-解吸平衡。在照射过程中，定期取出适量的反应溶液，并通过UV-vis分光光度计现取现测，记录在特征峰下经过离心处理过的溶液的吸光度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]In Situ Preparation and Analysis of Bimetal Co?doped Mesoporous Graphitic Carbon Nitride with Enhanced Photocatalytic Activity[J]. Wanbao Wu,Zhaohui Ruan,Junzhuo Li,Yudong Li,Yanqiu Jiang,Xianzhu Xu,Defeng Li,Yuan Yuan,Kaifeng Lin. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]Single atom accelerates ammonia photosynthesis[J]. Pengcheng Huang,Wei Liu,Zhihai He,Chong Xiao,Tao Yao,Youming Zou,Chengming Wang,Zeming Qi,Wei Tong,Bicai Pan,Shiqiang Wei,Yi Xie. Science China(Chemistry). 2018(09)
本文编号：2926289
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化降解机理示意图
1绪论5染物降解过程中，活性氧相关自由基的产生在促进高级氧化过程中起着至关重要的作用。为了提高降解率，首先要选择较为合适的半导体催化剂。对于理论上选择合适的半导体催化剂建议应该具体考虑的方面如下：图1.2在pH=7时，各种光催化剂的带隙能和氧化还原电势Figure1.2Bandgapenergiesandredoxpotentialsofvariousphotocatalysts,pH=7首先，以降解RhB为模型污染物，要优先选择半导体催化剂的价带上空穴的氧化电位比RhB（1.43V）[46,47]的氧化还原电位更正，这表明通过光生空穴可以使RhB氧化。其次，选择可以原位生成H2O2的半导体催化剂，只要导带上方电子的电势小于0.69V，那就可以将O2还原为H2O2[29]。同时，尽量选择禁带宽度较窄的半导体光催化剂。最后，为了提高降解效率可以考虑半导体催化剂的价带电位只要比OH-/OH（1.99V）和H2O/OH（2.37V）所需的氧化电位更正，空穴也可以直接将OH-或H2O氧化成OH[29]。如果存在这样的半导体，就可以类似于“双通道”法，不仅利用导带上方电子还原H2O2生成的高活性的OH，而且，也可以利用光生空穴中将OH-或H2O氧化成OH，“双通道”法会大大提高催化剂的降解效率，缩短反应时间。但是，筛选出一种较为合适的半导体基本上很难达到“双通道”的效果，可以通过将两种半导体构成异质结来实现。综上所述，选择理论上可行的催化剂不只考虑一个方面，应该多方面综合考虑。基于此，得出g-C3N4和BiVO4是适合的候选催化剂。1.6动力学研究1.6.1动力学研究的最新进展截至目前，因为光降解反应是通过利用太阳光从而可以较大程度的增加光的利用
2实验部分112.4.10电化学阻抗谱（EIS）采用CHI660E型电化学工作站测试材料的电化学阻抗谱（Electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS），基础体系是三电极。并利用选定的等效电路图和Z-view软件拟合。2.5光芬顿与光催化降解染料测试2.5.1光源用FZ400光功率计校准的300W氙气灯（北京纽比特科技有限公司）用作模拟太阳能光源，并将实验光强度控制在100mW/cm2（AM1.5G）。2.5.2实验装置图2.1光芬顿与光催化降解染料的实验装置示意图Figure2.1ASchematicillustrationforthephoto-Fentonandphotocatalyticdegradationofdyesexperimentaldevice样品的光催化活性可通过染料在光照射下的移除效率来计算。为了消除氙灯光源产生的热量对于反应的影响，所以要在氙灯与反应容器之间的冷凝盖中加入循环冷却水。同时，让光源固定在与溶液表面的距离为10cm处。将催化剂分散在于一定浓度的降解物溶液中，黑暗中搅拌1h以建立物理上的吸附-解吸平衡。在照射过程中，定期取出适量的反应溶液，并通过UV-vis分光光度计现取现测，记录在特征峰下经过离心处理过的溶液的吸光度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]In Situ Preparation and Analysis of Bimetal Co?doped Mesoporous Graphitic Carbon Nitride with Enhanced Photocatalytic Activity[J]. Wanbao Wu,Zhaohui Ruan,Junzhuo Li,Yudong Li,Yanqiu Jiang,Xianzhu Xu,Defeng Li,Yuan Yuan,Kaifeng Lin. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]Single atom accelerates ammonia photosynthesis[J]. Pengcheng Huang,Wei Liu,Zhihai He,Chong Xiao,Tao Yao,Youming Zou,Chengming Wang,Zeming Qi,Wei Tong,Bicai Pan,Shiqiang Wei,Yi Xie. Science China(Chemistry). 2018(09)
本文编号：2926289
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/2926289.html
