木棉基活性炭纤维的可见光光催化的性能研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tiny_Drunk
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当今社会快速发展,纺织领域中印染排放的废水污染、汽车排放的尾气污染等日益严重。各种各样的治理方法被开发应用,而活性炭纤维(ACF)因比表面积大、吸附脱附快、吸附量大、孔径适中等优点,是近几年来应用最广泛、最新型的功能材料。本课题以木棉纤维为基体,采用化学活化的方法,制备Ag掺杂TiO2木棉基ACF、Mn掺杂TiO2木棉基ACF和CNT负载木棉基ACF三种活性炭纤维。采用FTIR、RAMAN、SEM、XRD、元素分析等对木棉基ACF的微观结构和表面形态等进行表征,以亚甲基蓝溶液模拟染色废水,研究了木棉基ACF的吸附动力学,探究Ag、Mn对TiO2木棉基ACF的可见光光催化降解性能的影响,比较不同掺杂量对木棉基ACF吸附性能的影响,并获得最佳掺杂比。首先,采用凝胶-溶胶法制备7种不同Ag掺杂量的TiO2木棉基ACF,以及木棉基ACF和TiO2木棉基活性炭,结果表明:活性炭纤维的物相结构具有相似性,均存在石墨成分。Ag掺杂没有与木棉基ACF发生化学键合,属物理过程。掺杂Ag对活性炭纤维的可见光吸附性能有一定的提高。当Ag掺杂含量为0.5%,活性炭纤维吸附性能最佳,吸光度最小。用凝胶-溶胶法制备6种不同Mn掺杂量的TiO2木棉基ACF。结果证明,Mn掺杂属物理过程,不与ACF发生化学键合。掺杂可改善TiO2的团聚以及龟裂,提升TiO2木棉基ACF的可见光催化降解能力。当掺杂量n(Mn):n(Ti)=1:150时,制备的ACF的可见光吸附模拟废水的性能最佳。Mn掺杂ACF具有较高重复使用率,经5次吸附处理,吸附率仅下降了36%,重复使用仍然保持较高的吸附与光催化降解率。最后选用孔径为1020nm的CNT浸渍负载,制备6种不同CNT负载量的木棉基ACF。结果发现:CNT不与木棉基ACF发生化学反应,仅物理附着;随CNT负载量的增加,木棉基ACF的吸附性能先增大后减小。当CNT负载量为12%时,吸附效果达到最好,制备的ACF炭化程度高且在可见光下具有良好的吸附活性。制备的三种木棉基ACF对亚甲基蓝的吸附均适合准二级动力学方程模拟,属单分子吸附。对于TiO2木棉基ACF,当掺杂量较小时,Ag或Mn可以在TiO2的导带和价带之间产生附加能级,降低其禁带宽度,提高了TiO2的光催化活性,扩宽其光响应范围。当掺杂量较大时,过量的Ag或Mn在TiO2表面附着,成为电子和空穴的复合中心,反而降低TiO2的光催化活性。
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