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活性炭微球/TiO_2复合光催化剂制备及其降解阳离子红研究

黄春辉  
【摘要】:本文采用蒸汽热法成功制备了活性炭微球(ACMB)/TiO2的复合材料,并以ACMB/TiO2复合材料作为光催化剂,研究了其对阳离子红(X-GTL)废水的光催降解性能。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)系统表征了复合光催化剂的表面形态和结构特征;探讨了处理条件对X-GTL废水去除效果的影响,而且通过P-B实验设计和BBD实验设计得出了X-GTL的最佳降解条件;此外,利用紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FI-IR)、离子色谱、液相色谱等多种分析测试手段对X-GTL的降解产物进行了分析鉴定,推导出X-GTL降解路径;并结合自由基捕获实验分析了ACMB/TiO2复合材料的催化机制。主要研究成果如下:(1)利用SEM、XRD对ACMB/TiO2复合材料的表面形貌及复合材料中TiO2的晶型结构进行表征。结果表明:ACMB具有规则的球形形貌,分散性和流动性良好,ACMB颗粒粒径在300 nm左右;复合材料既保持了ACMB的球形形貌,TiO2颗粒均匀的包覆在ACMB表面,同时复合材料中TiO2颗粒的晶型是具有高催化性能的锐钛矿晶型。(2)考察了催化剂投加量、X-GTL初始浓度、溶液pH值、光照时间、光照条件等对X-GTL降解效果的影响。通过P-B实验和BBD实验表明:催化剂投加量、X-GTL初始浓度、溶液pH值是影响X-GTL去除效果的三个最主要因素,当催化剂投加量为0.4 g/L、初始浓度为50 mg/L、溶液pH=4时为最佳处理条件下,X-GTL的去除率高达98.65%;(3)利用UV-Vis、FT-IR、离子色谱、液相色谱等多种分析手段对X-GTL的降解产物进行分析鉴定。结果表明:X-GTL在光催化降解过程中,先是助色基团断裂,然后是显色基团N=N键断裂,最后是苯环开环生成各种小分子有机酸。X-GTL的降解中间产物主要有对苯二酚、苯酚、3-氯酚、对硝基苯酚、硝基苯、3-氯硝基苯。(4)通过对反应前后复合光催化剂的FT-IR、XRD等分析,并结合自由基捕获实验,探讨了复合光催化剂的催化机制。结果表明:复合光催化剂具有较高的结构稳定性,复合光催化剂在反应后保持着高的催化活性,二氧化钛仍以锐钛矿晶型存在,超氧自由基在X-GTL的光催化降解过程中起主导作用。


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