【摘 要】
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当前印染行业的加速发展,使得每年有大量的染料废水被排放出来,对周遭环境和人类健康均造成负面影响。因此,如何科学降解染料废水至关重要,这也成为研究者们备受关注的领域之一。近年来,光催化作为一种高级氧化技术,因其在染料废水处理中的潜在应用而受到广泛报道。然而,由于光激发后光生载流子的显著复合,太阳能利用效率低等特点,光催化技术尚未达到真正令人满意的水平,将该技术应用于实际仍存在一些挑战。因此,寻找一种
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当前印染行业的加速发展,使得每年有大量的染料废水被排放出来,对周遭环境和人类健康均造成负面影响。因此,如何科学降解染料废水至关重要,这也成为研究者们备受关注的领域之一。近年来,光催化作为一种高级氧化技术,因其在染料废水处理中的潜在应用而受到广泛报道。然而,由于光激发后光生载流子的显著复合,太阳能利用效率低等特点,光催化技术尚未达到真正令人满意的水平,将该技术应用于实际仍存在一些挑战。因此,寻找一种高效、环保的新型催化技术用于降解染料废水是当前的重中之重。众所周知,除了光能之外,自然界中还存在着其他能源,如冷热变化能,已有报道利用冷热循环之间的温度变化能实现染料废水降解,称其为热释电催化技术。本论文中主要运用水热法合成钛酸钡钙(Ba1-xCaxTi O3)纳米纤维并将其用于热释电催化下的染料废水降解。主要研究结果如下:1、Ba1-xCaxTi O3纳米纤维的热释电催化用水热法制备了不同组分的Ba1-xCaxTi O3（x=0,0.1,0.2,0.3）纳米纤维,探究了不同钡、钙比例对热释电催化降解染料废水的性能影响和内在机理。施加30-60℃的冷热循环100次后,组分为x=0.2的纳米纤维表现出最好的热释电活性,对罗丹明B染料的降解率达到77.1%。组分为x=0的纳米纤维对罗丹明B染料的降解率最低,仅有37.5%。其物理机制在于当x=0.2时,材料的化学计量比位于准同型相界（MPB）区域,可以表现出优异的自发极化强度。同时,载流子分离率大大提高,使得材料具有更好的热释电催化性能。2、Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维混合碳粉的热释电催化通过在水热法合成的Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维中混合不同比例的碳粉,探究其热释电催化降解染料废水的性能。施加30-60℃的冷热循环80次后,发现混合3%碳粉的纳米纤维其热释电催化性能最高,对罗丹明B染料的降解率达到76.6%,而纯的Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维对罗丹明B染料的降解率仅为31.3%。其物理机制可能为碳粉的存在有助于负电荷的转移,使得电荷分离显著增强,从而提升热释电催化活性。3、Fe掺杂Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维的热释电催化在水热法合成Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维的过程中掺杂不同比例的Fe,探究其热释电催化降解染料废水的性能。施加30-60℃的冷热循环80次后,发现掺杂1%Fe的纳米纤维其热释电性能最高,对罗丹明B染料的降解率达到64.6%,而纯的Ba0.8Ca0.2Ti O3纳米纤维对罗丹明B染料的降解率仅为16.9%。其物理机制可能为铁掺杂会引起缺陷,使得禁带宽度变窄,降低了电子从导带跃迁到价带的活化能,提高载流子的迁移率,从而有效提高催化性能。
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