【摘 要】
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如今,化工行业和农业是国民经济中两个重要的组成部分,其排放出的工业废水中含有色度高、毒性强的染料和芳香族硝基化合物等,严重影响自然水体清洁,危害人类饮水安全,为此解决水污染问题需立即采取措施。多相光催化氧化技术利用太阳光源,能耗低,反应条件温和,应用范围广,可有效处理水污染问题,能够将水中的有机污染物彻底降解为H_2O、CO_2,无二次污染产生。单一的纳米半导体(TiO_2、ZnO)光催化材料,具
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如今,化工行业和农业是国民经济中两个重要的组成部分,其排放出的工业废水中含有色度高、毒性强的染料和芳香族硝基化合物等,严重影响自然水体清洁,危害人类饮水安全,为此解决水污染问题需立即采取措施。多相光催化氧化技术利用太阳光源,能耗低,反应条件温和,应用范围广,可有效处理水污染问题,能够将水中的有机污染物彻底降解为H2O、CO2,无二次污染产生。单一的纳米半导体(TiO2、ZnO)光催化材料,具有来源广、价格低、物理/化学性质稳定、低毒、高光催化活性等特点,但其自身光生载流子复合率较高、光谱响应范围窄、悬浮态下很难回收,损失率大。为此本文在保证粒径大小可控、且不影响催化活性前提下,通过溶剂热法、sol-gel法和St?ber法制备出单分散的、核-壳结构的磁性纳米复合光催化剂Fe3O4@ZnO@SiO2(FZS)和Fe3O4@TiO2@SiO2(FTS)。在此基础上,又进行了贵金属Ag改性,制备出了FZS@AgNPs和FTS@AgNPs光催化剂。借助XRD、SEM-EDS、TEM-HRTEM、VSM等仪器技术,对最佳条件下制备的FZS@AgNPs和FTS@AgNPs复合光催化剂的物相、形貌结构、元素组成、内部结构和磁性能进行分析测试。为探讨FZS@AgNPs复合光催化剂的催化活性,本文选取对硝基苯酚(4-NP)为研究对象,通过改变不同反应条件、优化设计方案,使4-NP的降解率达到最大值。结果表明,FZS@AgNPs光催化剂具有高效的催化活性,用350 W高压汞灯模拟光源,光催化还原40 mL 4-NP(30 mg·L-1,pH=6.7)溶液,在光照50 min内,催化剂投加量为3 g/L时,转化率高达97.42%。回收循环测试表明,FZS@AgNPs光催化剂没有发生明显的光腐蚀现象,连续催化反应15次后转化率依旧保持91.0%以上,在外加磁场作用下,催化剂损失率仅为15%,表明具有优异的光催化稳定性和可重复利用性。FTS@AgNPs复合光催化剂的催化性能评价本文选择代表性的罗丹明B(RhB)溶液进行研究。通过UV-Vis监测,以350 W高压汞灯为光源,光催化降解40 mL RhB(30 mg·L-1,pH=5.6)溶液,催化剂投加量为1 g/L时,光照2 h内降解率高达96.22%。相同光照时间内降解率高于工业P25 17.63%,表明FTS@AgNPs光催化剂具有较强氧化性和催化效率。反应条件不变,连续10次重复循环测试,催化剂回收率为93.36%,降解率仍达到91.90%,显示了较高的催化活性和循环稳定性。新型的银改性磁性光催化剂的制备方法简便高效、形貌规整、光化学稳定性良好,以及特有的磁性能使其在净化工业废水方面具有实际应用价值和前途。
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