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磁改性TiO_2/CdS光催化剂的制备及降解特性研究

李秋利  
【摘要】:染料废水污染物浓度高、色度深,是难处理的工业废水之一。本文在课题组前期实验基础上对TiO_2催化剂改性,制备出磁性Fe_3O_4/TiO_2和Fe_3O_4/TiO_2/CdS催化剂并分别考察了两种催化剂对溴氨酸溶液光降解效果的影响因素。并对其降解机理进行了初步研究。 采用溶胶—凝胶—碱洗法制备Fe_3O_4/TiO_2光催化剂,重点考察了Fe掺杂比例,煅烧温度,煅烧时间对光催化剂降解活性的影响。使用已优化制备的磁性Fe_3O_4/TiO_2光催化剂在太阳光下对溴氨酸水溶液进行光降解实验,并得到了降解溴氨酸溶液的催化剂的最佳投加量。实验表明,采用煅烧—碱洗法,Fe掺杂比例为3%,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h,制备的Fe_3O_4/TiO_2催化剂性能最优,催化剂浓度1g/L时对溴氨酸的降解效果最好。 在溶胶—凝胶—碱洗法制备Fe_3O_4/TiO_2光催化剂的基础上,采用浸渍—烧结法耦合CdS,制备出了对可见光有一定响应又易于分离的Fe_3O_4/TiO_2/CdS复合催化剂,重点考察了Fe和CdS的掺杂比例,煅烧温度,煅烧时间等因素对光催化剂活性的影响,并对催化剂进行UV-Vis、XRD、TEM、XPS表征。在紫外光下对溴氨酸水溶液进行光降解实验,考察催化剂投加量,溴氨酸溶液的初始浓度,不同催化剂,H_2O_2的投加量,催化剂重复利用等因素对溴氨酸溶液的降解效果的影响。实验结果表明,Fe_3O_4/TiO_2/CdS复合催化剂制备的最佳条件为:Fe、CdS的最佳掺杂比均为3%,最佳煅烧温度为500℃,最佳煅烧时间为2h; Fe_3O_4/TiO_2/CdS降解30mg/L的溴氨酸溶液的最佳催化剂投加量为1g/L;过高的溴氨酸初始浓度不利于降解的进行,当溴氨酸浓度高于50mg/L时,溶液的降解效果显著降低;与P25、TiO_2、Fe_3O_4/TiO_2、CdS/TiO_2催化剂相比,本实验研究制备的磁性复合Fe_3O_4/TiO_2/CdS在达到磁分离目的的基础上同CdS/TiO_2对溴氨酸溶液的最终降解效果相同且最好,TiO_2、P25次之,Fe_3O_4/TiO_2对溴氨酸溶液的降解效果最差;一定量H_2O_2的存在可明显提高催化剂对溴氨酸溶液的降解效果。该催化剂可以重复利用,且重复利用5次时,该催化剂依然可以保持较高的活性。


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