含氮导电聚合物/金属氧化物复合光催化材料的合成及其在水体治理中的应用研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwgalj2005
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水是人类宝贵的资源,伴随着社会飞速发展,工农业活动对水体的侵害日益严重,大量的无机/有机污染物被排放进入天然水体中,现有的污水处理技术无法满足当前的污水处理需求,因此开发一种高效且环保的污水处理方法迫在眉睫。光催化技术是一种新型废水处理技术,它可以直接利用廉价且环保的太阳能,实现废水中污染物的降解。目前,大多数的半导体光催化材料普遍存在对可见光吸收能力差,载流子分离和传输效率低以及空穴和电子容易复合的问题,严重阻碍了光催化技术的进一步发展和应用。导电聚合物由于存在π电子结构,可以有效提升光生电子空穴的传输效率,受到了人们的广泛关注。基于此,本论文制备了三种导电聚合物/无机半导体复合光催化材料,导电聚合物的引入有效提升了无机半导体的载流子分离效率,有机-无机杂化复合材料可以高效降解水体中难以被生物降解的低浓度污染物。本论文主要完成了以下工作:(1)针对V2O5易于溶解在水中的问题,本文制备了聚吡咯(PPy)包裹的TiO2@V2O5光催化材料,PPy纳米层不仅可以有效阻止V2O5在水中的溶解,同时还有效提升了复合光催化材料的光吸收范围以及光生载流子的传输效率。该光催化剂具有优秀的光催化活性和稳定性,在可见光的照射下,可以在60分钟内降解96%的四环素(TC)。除此之外,经过5次循环实验,复合光催化剂对于TC的降解效率仍高达82%,远高于同类型的光催化材料。(2)将聚多巴胺(PDA)纳米膜作为黑色中空TiO2纳米管和Ag2S纳米颗粒之间的夹层,通过简单的水热及原位反应制备了黑色中空TiO2纳米管负载PDA@Ag2S(BTPA)复合光催化材料。PDA纳米膜在复合光催化材料中主要作为光生载流子的传输层,并起到抑制Ag2S纳米颗粒的团聚以及保护黑色中空TiO2纳米管中的Ti3+避免其被氧化的作用。通过改变Ag2S纳米颗粒的负载量,得到了具有最优Ag2S负载量的复合光催化剂(BTPA-5),将其应用于光催化还原Cr(Ⅵ)时,BTPA-5在可见光照射180分钟后还原了 76%的Cr(Ⅵ)。(3)通过简单的水热法合成了 Bi12O15C16纳米片,并在Bi12O15C16纳米片上修饰 W18O49 纳米线和 g-C3N4/PDI 纳米片得到了W18O49@Bi12O15C16@g-C3N4/PDI(BWGP)复合光催化剂。由于W18O49纳米线存在等离子体效应,因此得到的BWGP复合光催化材料存在两种电荷转移路径,在双Z型异质结和表面等离子体效应的共同作用下,BWGP复合材料表现出对双酚A(BPA)优异的光催化降解性能。在可见光照射120分钟后,BWGP复合材料对10 ppm的BPA的光催化降解效果高达82%。
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