收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光催化复合体系用于水中污染物去除的研究

张子平  
【摘要】:近年来,水污染越来越严重,已经开始严重威胁人类的生存环境。目前处理污水的方法有很多,如物理法,生物处理法,化学法。在众多的水处理技术中,光催化技术是一种备受关注的新颖的处理技术,光催化剂靠吸取自然界中的太阳光,激发产生电子和空穴等活性物种,进而降解水中的污染物。但由于水中污染物的浓度较低,并且随着光催化反应的进行,其浓度会越来越低,因此光催化反应速率会随着时间的进行逐渐减慢,使得污染物难以彻底去除,仍然存在着污染问题。因此,本文从光催化-吸附和光催化-光热技术结合入手,试图构建光催化与其他技术协同体系,使得光催化和吸附以及光催化和光热结合,共同促进反应的进行。本文将从以下两个方面解决光催化中存在的问题:(1)构筑光催化-吸附复合体系,使得g-C_3N_4/GO复合材料原位生长在具有丰富孔道结构的商业密胺树脂泡沫上,提高太阳光利用率,增强反应过程中的物质传输,并将该材料应用于流动水相的有机污染物去除;(2)构筑光催化-光热复合体系,利用二维光热材料Ti_3C_2T_x的表面大量还原性基团及光催化过程中产生的电子,在回收水中重金属离子的同时去除水相中的有机物,此外,光热能够有效地浓缩反应物并促进化学反应的进行。本文的主要研究内容主要有:(1)光催化-吸附复合体系用于水中有机污染物去除的研究本文以尿素和氧化石墨烯为原料,通过热处理使得g-C_3N_4/GO复合材料原位生长在具有丰富孔道结构的密胺树脂泡沫上。该材料能够有效减少C_3N_4粉体的堆积,其比表面积达111.1 m~2/g,孔体积为0.43 cm~3/g,有利于反应过程中传质,增强催化活性中心与污染物的接触,促使光催化的进行。GO能够作为桥梁,一方面增加g-C_3N_4的负载面积,另一方面能够有利于光生载流子的分离,促进光催化的进行。g-C_3N_4和GO以及GO和MF之间的键合作用使得光催化剂以及GO不易从MF上脱落,有利于催化剂的重复利用。实验表明,材料在6次重复实验后仍表现良好的光催化-吸附去除有机污染物的效果。二者表现出良好的协同作用,主要体现在:光催化能够不断降解吸附在材料表面的污染物,使得吸附再生,造成吸附过程不断持续进行,而吸附则有利于污染物向催化剂迁移,使得有机物被迅速降解,从而促进光催化的进行。并且,光催化过程中产生的中间体由于吸附作用,未来得及扩散至全部溶液,就被光催化完全降解,避免了二次污染。(2)光催化-光热复合体系回收银离子协同作用于水中污染物去除的研究通过溶剂插层的方法制备了二维层状材料Ti_3C_2T_x。该材料具有良好的光热的性能,能够高效地浓缩污染物,且光热使得体系温度升高,化学反应速率增强。溶液中银离子在反应过程中被逐渐还原到材料表面,由于银还原后,使得材料光吸收增强,提高对光能的捕获,并且银具有良好的导电性,有利于反应过程中产生的载流子的转移。且银还原到材料表面后,材料的亲水性不断增强,表面能增加,更容易向周围吸附污染物,有利于光催化反应的与污染物的接触。银的还原,还能够有效地增强材料的光热转换能力,在相同光照条件下,回收银以后的材料具有更高表面温度。红外热成像结果显示,300 s内,还原银以后的材料(55.8~oC)比TCM高2.9 ~oC。另外,Ag/TCM-5的光-水蒸气转换效率为80.98%,高于TCM(77.21%)。以上数据均表明,银的还原能够有效地促进光-热转换。与单纯的光催化相比,该体系表现出显著的光催化-光热协同去除污染物的性能。在Ag/TCM-5体系中,在150 min内对银的回收率达100%,而无光催化和光热效应时,仅靠TCM表面还原性基团则难以去除全部金属离子。另外,Ag/TCM-5体系对罗丹明B的降解的一阶动力学常数(0.0333 min~(-1))是纯光催化TCM(25 ~oC)体系(0.0036 min~(-1))的9.25倍,是不含银离子体的TCM系(0.0073min~(-1))的4.56倍。表明银的回收有效地促进光催化降解有机物。在该反应体系中,一方面,光热使得银还原和有机物降解速率加快,促进光生载流子的产生和迁移,另一方面,光催化产生的电子加速银离子还原成银单质,从而提高材料对光能的捕获,间接促进光热反应的进行。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 刘莹昕;;光催化去除挥发性有机污染物的研究进展[J];现代盐化工;2017年05期
2 秦琢琢;刘温霞;;光催化纸的研究进展[J];纸和造纸;2016年05期
3 张晶晶;李莉;张鑫悦;周黔龙;郝玉婷;;空心球形In_2O_3/ZrO_2-TiO_2纳米复合材料多模式光催化[J];化学通报;2017年10期
4 巨晶;杨颖;;聚马来酸的合成及其对棉织物光催化抗皱整理的影响[J];现代丝绸科学与技术;2015年06期
5 ;2002全国光催化学术盛会[J];太阳能;2003年01期
6 ;PC制品光催化膜成膜新工艺[J];现代塑料加工应用;2003年02期
7 ;水洗再生型光催化除臭滤气器[J];现代化工;2001年01期
8 周憬昊;董帆;;光催化解“毒”实验日记[J];课堂内外(科学Fans);2020年06期
9 戴松喦;祁洪飞;刘大博;罗飞;田野;陈冬生;;银反点阵列/TiO_2材料的制备及光催化性能研究[J];贵金属;2016年S1期
10 张庆宝;刘强;;可见光催化需氧氧化在有机合成中的应用[J];影像科学与光化学;2017年05期
11 孙玉凤,郝清伟,刘营营,王立军;玻璃纤维负载TiO_2的光催化杀菌作用[J];沈阳理工大学学报;2005年02期
12 单兴刚;陈一锋;;具有光催化空气净化功能的铝网研制[J];化工管理;2020年12期
13 罗凯;卢忠远;李军;蒋俊;白媛;;纳米TiO_2光催化混凝土研究进展[J];混凝土与水泥制品;2018年06期
14 仇健;冯冠华;;室内光催化喷雾净化产品与相关净化标准比较[J];无线互联科技;2015年15期
15 ;2013·中国光催化论坛及产业大会在北京举行[J];影像技术;2013年05期
16 王洪波;崔娅琴;李莹莹;于小迪;;水和废水纳米TiO_2光催化消毒国外研究进展[J];山东建筑大学学报;2012年01期
17 王玲玲;陈佰岩;韦志强;谢宇航;孙天棋;;光催化混凝土物理力学性能研究[J];混凝土;2020年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 夏杰祥;狄俊;季梦夏;李华明;;离子液体中卤氧铋基材料的制备及其增强光催化性能研究[A];第九届全国环境催化与环境材料学术会议——助力两型社会快速发展的环境催化与环境材料会议论文集(NCECM 2015)[C];2015年
2 肖晓平;熊锐;石兢;魏建红;;C_3N_4@Ag-Bi_2WO_6微球的制备及其光催化性能研究[A];第九届全国环境催化与环境材料学术会议——助力两型社会快速发展的环境催化与环境材料会议论文集(NCECM 2015)[C];2015年
3 吳紀聖;;奈米光催化劑轉換太陽能成再生能源[A];第二届海峡两岸功能材料科技与产业峰会(2015)摘要集[C];2015年
4 李超;侯原军;王维波;王雪松;张宝文;;肟钴配合物光催化制氢活性的研究[A];中国化学会第27届学术年会第12分会场摘要集[C];2010年
5 王秋玲;张云艳;马士禹;陈邦林;;不同锌源制备的氧化锌光催化性能研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
6 周民杰;崔鹏;;无机膜-光催化集成反应器微滤TiO_2悬浆体系的研究[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
7 张建宏;习海玲;谭志江;梁永庆;李灿;;光催化消毒技术研究现状[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
8 马万红;温博;陈春城;赵进才;;同位素标记法研究TiO_2光催化脱酸反应[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
9 吴成娟;孟庆元;雷涛;刘文强;陈彬;佟振合;吴骊珠;;可见光催化吲哚的构筑[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会:光化学[C];2016年
10 张明华;卞振锋;丁永良;朱建;李和兴;;光催化生物净水技术及反应器装置研究[A];第一届全国精细化工催化会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋敏;可见光催化卤代芳烃和氨基酸衍生物的功能化研究[D];清华大学;2018年
2 曾鹏;新型碳基复合材料的制备及其光催化制氢性能研究[D];武汉大学;2012年
3 彭媛;碳化硅基复合材料的设计、制备及可见光催化产氢性能研究[D];北京科技大学;2017年
4 魏东磊;可见光催化的不饱和烃氧化二聚反应的研究[D];东北师范大学;2017年
5 刘学琴;贵金属及石墨烯负载金属氧化物的制备与光催化性能研究[D];中国地质大学;2016年
6 戴珂;富勒碳改性二氧化钛纳米材料的制备及其光催化性能研究[D];武汉大学;2010年
7 邹有全;可见光催化的碳—碳键和碳—氧键的构筑及其机理研究[D];华中师范大学;2014年
8 王倩;新型半导体复合颗粒的制备及其光催化性能研究[D];北京化工大学;2014年
9 程健;基于接力可见光催化构建杂环骨架研究[D];南京大学;2017年
10 王文君;系列铋基化合物结构与光催化性能的关系研究[D];山东大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张子平;光催化复合体系用于水中污染物去除的研究[D];上海师范大学;2020年
2 范拯华;TiO_2纳米材料的合成、改性及光催化性能研究[D];安徽大学;2017年
3 胡俊杰;磷酸银纳米材料的制备及光催化性能研究[D];安徽大学;2016年
4 刘龙飞;新型光催化薄膜材料的制备及其光催化性能的研究[D];上海师范大学;2017年
5 王遴;可见光催化下需氧芳构化和芳烃二氟酰化反应研究[D];兰州大学;2015年
6 李卓璇;铁酸铋/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能[D];清华大学;2013年
7 王冠芝;系列铋基金属有机框架材料的制备、表征及其光催化性能的研究[D];山东大学;2016年
8 宋亮;光催化消毒装置的制作及其水处理性能[D];大连理工大学;2015年
9 付益平;二氧化钛薄膜的制备及光催化性能研究[D];武汉科技大学;2006年
10 韩亚静;氧化锌光催化材料的合成及其光催化性能研究[D];河南师范大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 唐芸芸;光催化“治水网”种出“水下森林”[N];无锡日报;2019年
2 耿文;光催化打造健康空间 [N];中华工商时报;2003年
3 闵岳;福建推出光催化陶瓷[N];中国建设报;2003年
4 何召霞 陈镇东;佛山召开光催化发展论坛[N];中国现代企业报;2009年
5 记者 过国忠;用光催化提升水生态系统“体质”[N];科技日报;2019年
6 记者 黄辛;专家称光催化新技术应用前景广阔[N];中国科学报;2018年
7 本报记者 王永珍;加快光催化技术开发应用[N];福建日报;2010年
8 本报记者 曾实;光催化:中国主导定标准[N];四川日报;2010年
9 记者 吴长锋 通讯员 杨保国;非贵金属光催化制氢材料研发成功[N];科技日报;2015年
10 赵启平;德国推出新型光催化建筑涂料[N];中国房地产报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978