SnO2-AgBr复合光催化剂的制备及降解染料废水中典型污染物的研究

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光催化技术作为一种利用太阳能解决环境污染问题的方法,由于成本低廉、处理过程环保而受到广泛关注。二氧化锡(SnO2)是一种典型的半导体材料,光电性能优异且成本低廉,但由于禁带宽度较宽(3.6e V),几乎不响应可见光,这极大限制了它作为光催化材料的应用,所以需要采用一定的技术对其改性,拓宽SnO2对光的响应范围。本文就通过半导体复合的方式,利用窄禁带半导体溴化银(AgBr)复合SnO2,制备出响应可见光的SnO2-AgBr复合光催化剂。与其它光催化剂相比,本催化剂原料丰富、制备简便、重复性好,在较低投加量(1.0g/L)的情况下对较高浓度(30mg/L)的染料污染物仍有很好的处理效果,有一定的应用前景。具体研究结果如下:(1)本研究首先探讨SnO2的最佳制备条件,以SnCl4·5H2O为锡源,使用水热法在4种条件下制备纯SnO2,通过表征和吸附实验确定了在180℃水热10h条件下制得的SnO2结晶度好,粒径最小、最均匀。随后以Ag NO3和KBr为原料,制备出3种掺杂比的SnO2-AgBr复合光催化剂,8种表征证明当复合材料中SnO2与AgBr的摩尔比为1:1时,两种半导体结合得比较均匀,光学特性最好。(2)将甲基橙(MO)、孔雀石绿(MG)定为目标污染物,通过光催化实验探讨三种摩尔比复合催化剂的光催化活性,结合动力学模型分析得出摩尔比1:1的材料活性最高,与表征结果吻合。在室温、溶液中性、污染物浓度30mg/L、催化剂投加量1g/L的条件下,经过30min暗吸附和120min光反应后对MO、MG的处理效率分别为96.71%、93.36%。此外,探讨了催化剂投加量、污染物初始浓度、腐殖酸浓度、溶液初始p H等单因素对降解效果的影响。重复利用实验表明所制备的催化剂在前几次的循环中稳定性较好,但随循环次数的增加活性越来越差,四次循环后对MO的处理效果降至66.42%,对MG的处理效果降至70.86%,XRD表征显示催化剂中少部分Ag+被还原成Ag。(3)通过自由基捕捉实验探讨催化剂降解污染物的反应机理,利用降解过程中紫外-可见光波长全扫描和高效液相色谱-质谱联用技术推测污染物的降解产物及降解路径。捕捉实验证明·O2-、·OH、h+均为SnO2-AgBr降解过程中的活性物质,在处理污染物过程中的贡献程度排序为·O2->·OH>h+。导带-价带理论证明催化剂可生成·O2-和·OH,结合表征结果提出了可能的降解路径:在活性物质·O2-、·OH的作用下,MO主要通过取代反应、C-N键断裂、去羟基、去甲基及其它反应降解;MG则通过去甲基、羧基化、C-C键断裂、脱苯及其它反应降解。随着降解反应的进行,它们最终转化为CO2、H2O及其它无机小分子物质。
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