“All-in-One”TiO2復(fù)合光催化劑的制備及對(duì)水體中典型有機(jī)污染物降解研究.pdf

1、多硝基酚和染料類化合物是一類毒性大、難生化降解的有機(jī)污染物，這些有機(jī)污染物隨著人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境，對(duì)水質(zhì)、土壤以及自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。因此，研究多硝基酚和染料廢水的處理方法和技術(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。利用TiO2光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)廢水是近20年發(fā)展起來(lái)的新興水處理技術(shù)。TiO2光催化劑由于具有廉價(jià)無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、光催化活性高、降解有機(jī)污染物徹底等特點(diǎn)而日益受到人們的關(guān)注。但是，YiO2光催化也存在可見光利用率低

2、、光量子效率低、與有機(jī)污染物界面相容性差，在溶液中易團(tuán)聚、分離回收困難等缺陷，這些缺陷成為制約TiO2光催化技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，人們通常對(duì)TiO2光催化進(jìn)行改性，使其具有可見光響應(yīng)、高催化活性、對(duì)有機(jī)污染物吸附性強(qiáng)、穩(wěn)定性良好且易于分離回收。本文采用摻雜、敏化、智能載體負(fù)載以及表面修飾等方法制備多種改性TiO2復(fù)合光催化劑，有效提高了TiO2光催化劑的可見光響應(yīng)范圍、有機(jī)污染物吸附性能與光催化活性。在此基礎(chǔ)上，以

3、模擬太陽(yáng)光為光源，以復(fù)合光催化材料在可見光照射下催化降解二硝基酚和染料類化合物為探針反應(yīng)，系統(tǒng)研究考察了所制備復(fù)合光催化劑的催化活性及其影響因素，考察了復(fù)合光催化劑的降解機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　1、利用摻雜改性的方法，通過(guò)溶膠-凝膠法制備了石墨烯摻雜改性的TiO2-GO復(fù)合光催化劑。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、UV-vis、TG-DTA等分析測(cè)試方法對(duì)所制備的光催化劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果顯示，GO的加入使復(fù)合光催

4、化劑的吸收帶較純TiO2發(fā)生了明顯紅移。GO提高了YiO2納米粒子的分散度和對(duì)有機(jī)污染物的吸附性能。以模擬太陽(yáng)光為光源，研究所制備的TiO2-GO復(fù)合光催化劑對(duì)2-仲丁基-4，6-二硝基苯酚(DNBP)的光催化降解行為。系統(tǒng)考察了溶液pH值、光催化劑用量、溶液初始濃度、光照時(shí)間等不同因素對(duì)復(fù)合光催化劑的催化活性影響?？梢姽庹丈湎耇iO2-GO復(fù)合光催化劑可以有效降解DNBP，TiO2-GO復(fù)合光催化劑對(duì)DNBP的吸附和光催化降解能力明顯

5、高于純TiO2樣品。根據(jù)Langmuir-Hinshelwood方程，在低濃度下光催化降解反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。借助GC-MS及離子色譜分析儀器對(duì)降解過(guò)程中間產(chǎn)物的分析，提出了合理的DNBP光催化降解反應(yīng)途徑。
　　2、利用導(dǎo)電聚合物敏化的方法，通過(guò)紫外光引發(fā)制備了聚鄰苯二胺(PoPD)敏化的PoPD-TiO2-GO復(fù)合光催化劑。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、UV-vis等分析測(cè)試方法對(duì)所制備的光催化劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。

6、結(jié)果顯示，在PoPD-TiO2-GO復(fù)合光催化劑中，TiO2粒子表面形成了厚度適中的致密PoPD層，增強(qiáng)了TiO2催化劑對(duì)有機(jī)污染物的吸附作用和對(duì)可見光的使用效率。考察了PoPD-TiO2-GO復(fù)合光催化劑在模擬太陽(yáng)光下對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)染料廢水的降解脫色作用及其影響因素。在最佳的降解條件下，復(fù)合光催化劑對(duì)染料的吸附和光降解脫色率明顯高于純TiO2樣品。在低濃度下光催化降解脫色反應(yīng)符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。 PoPD-TiO2-GO具有

7、良好的循環(huán)使用性。
　　3、利用染料光敏化和智能水凝膠聚合物負(fù)載的方法，通過(guò)自由基聚合首次合成出具有可見光響應(yīng)、溫度及pH敏感型復(fù)合光催化劑Poly(NIPAM-co-AAc-co-CoMPc)/(TiO2-GO)。利用XRD、TEM、FT-IR、UV-vis等分析測(cè)試方法對(duì)所制備的復(fù)合光催化劑進(jìn)行了表征。對(duì)所制備的復(fù)合光催化劑的溫度及pH敏感性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明， TiO2粒子成功負(fù)載在智能載體Poly(NIPAM-co-AA

8、c-co-CoMPc)上。Poly(NIPAM-co-AAc-co-CoMPc)/(TiO2-GO)復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)域有較強(qiáng)的吸收，復(fù)合光催化劑中TiO2-GO納米粒子分散均勻，與聚合物結(jié)合緊密。以模擬太陽(yáng)光為光源，研究了所制備的復(fù)合光催化劑在可見光作用下對(duì)DNBP的光催化降解性能及影響因素。研究顯示，所合成的復(fù)合光催化劑不但具有可見光響應(yīng)，有效提高了TiO2光量子效率，而且催化劑具有的溫度及pH敏感性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)催化劑的方便回收和