负载型光催化剂的制备及催化性能研究

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当前全球环境恶化、水资源污染严重,环保成为了当前的一个重要课题。光催化经过四十多年的发展,在环境保护方面取得了巨大进展。目前,已经合成了很多的光催化剂,但是如何制备一种合成简单、价格低廉、量子吸收效率高的光催化剂仍然是一个难题。当前的燃煤在造成雾霾的同时也产生了很多的污染物,如何利用这些污染物,以及其他一些廉价的材料作为载体,制备性能良好的负载型光催化剂是我们研究的重点。本论文利用羟基磷灰石、粉煤灰微球以及麦饭石等材料成功制备了一系列负载型的光催化剂,表现出了良好的光催化性能。主要的研究内容如下:  第一章首先简要介绍了光催化的基本概念、发展背景、光催化的影响因素、现有的提高光催化活性的一些方法,以及常用的一些光催化载体的选择及最新的研究进展。对羟基磷灰石(HAP)、粉煤灰(FA)以及麦饭石(MS)分别作了简要介绍。  第二章利用一种简单的水热合成方法成功制备了HAP负载BiPO4的复合物(BiPO4/HAP)以及HAP负载磷酸银的复合物(Ag3PO4/HAP),从磷源、铋源、酸碱性等因素优化了制备条件。然后用XRD、SEM、UV-Vis等对复合材料进行表征,以罗丹明B(RhB)与亚甲基蓝(MB)为目标污染物,研究了其对污染物的降解性能。结果表明,少量的光催化剂负载到载体上即能大大提高光催化效率。  第三章利用粉煤灰作为载体,对其进行预处理之后进行催化剂负载,利用水热法以及共沉淀法分别制备了粉煤灰负载磷酸铋(BiPO4/FA)以及粉煤灰负载磷酸银(Ag3PO4/FA)复合催化剂,并讨论了反应温度、前驱液pH、以及复合物负载量等影响因素,用XRD、SEM以及FT-IR等对催化剂进行表征。结果表明,在水热170℃,BiPO4负载量为5%时合成的BiPO4/FA的催化活性最强。在常温下合成的Ag3PO4/FA的催化活性最强。  第四章是利用了麦饭石的高吸附性,制备了麦饭石负载磷酸铋(BiPO4/MS)以及麦饭石负载磷酸银(Ag3PO4/MS)的复合型催化剂。并用XRD、SEM等进行表征,研究了不同的条件下合成复合催化剂的纯度以及光催化活性。结果表明,BiPO4/MS复合催化剂的催化活性优于纯的BiPO4.但是,对Ag3PO4/MS复合物在可见光下降解污染物的实验结果表明其催化效果不理想,这需要进一步研究完善。  负载型复合光催化剂相对于纯的光催化剂而言,生产成本低,催化效果好,在废水处理及光催化降解有机污染物方面有着较好的应用前景。
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