水中多硝基酚类-DNBP的光催化降解

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随着合成化学工艺的迅速发展,多种难降解有机物涌入我们生活的地球环境,其中多硝基酚类化合物属于毒性大且难降解的有机物,容易生物积累但又不易被生化降解,对人类生活环境与身体健康以及生态环境造成了潜在的危害。该课题利用纳米Ti02粉体作为光催化剂对多硝基酚类化合物-DNBP在自然光下进行光催化降解。半导体Ti02的光催化性能由于其结构受禁带宽度和光生电子-空穴复合的制约,光能的利用效率较低且光生电子-空穴的复合使其光催化性能变低。从Ti02的降解机理出发,改变Ti02的禁带宽度以提高光能利用率、抑制光生电子-空穴的复合以提高量子效率两方面探究了不同掺杂改性Ti02对DNBP的光催化降解率。实验选择溶胶-凝胶法制备纳米Ti02粉体催化剂,在自然太阳光下对5mg/L的低浓度DNBP进行光催化降解。首先,Ti02掺入金属元素,金属原子进入晶格内部,使半导体的晶粒发生缺陷,抑制了光生电子-空穴的复合,提高光催化DNBP的降解率,以锌掺杂纳米Ti02粉体对DNBP降解率最高,为65.8%;其次,Ti02掺入非金属的可以改变半导体Ti02的带隙宽度,光吸收带边红移,提高可见光的利用效率,同样提高了对DNBP的光催化降解率,其中活性炭掺杂的纳米Ti02粉体对DNBP的降解率最高,为73.2%;第三,共掺杂中金属-非金属在一定程度上起到了协同作用,更有效的抑制光生电子-空穴的复合,且增加对可见光的吸收利用率,进一步提高光催化DNBP的降解率。正交试验设计得出不同金属-非金属共掺杂改性最优的纳米Ti02粉体对DNBP的光催化降解率为88.4%,相对于单掺杂的纳米Ti02粉体的光催化DNBP降解率有了显著的提高。本课题有效地在自然光下解决了对低浓度DNBP的光催化降解。
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