【摘 要】
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随着工业化不断发展,大量的废水、废气和固体废弃物被排放进入自然环境中,生态环境遭到破坏并严重威胁着人体健康。光催化在环境保护和解决世界能源短缺问题方面具有广阔的前景。目前光催化技术已被广泛应用于污染物去除领域,但是传统的光催化剂活性有限,从而限制了光催化的应用。因此,提高光催化性能对环境治理和利用自然能源具有重大的意义。压电催化和单原子催化是近些年新兴的催化技术,具有效率高、稳定性好等优点,成为催
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随着工业化不断发展,大量的废水、废气和固体废弃物被排放进入自然环境中,生态环境遭到破坏并严重威胁着人体健康。光催化在环境保护和解决世界能源短缺问题方面具有广阔的前景。目前光催化技术已被广泛应用于污染物去除领域,但是传统的光催化剂活性有限,从而限制了光催化的应用。因此,提高光催化性能对环境治理和利用自然能源具有重大的意义。压电催化和单原子催化是近些年新兴的催化技术,具有效率高、稳定性好等优点,成为催化领域中新的研究热点,也有望成为提高光催化性能的新方法,但相关研究至今还鲜有报道。本论文旨在将压电催化、单原子催化与光催化进行耦合,通过合成新型的催化剂并构建耦合多元催化体系的系统以实现污染物的节能高效去除,弥补现今研究的不足。本论文内容主要包括以下两部分:（1）构建光催化燃料电池耦合压电催化体系以提升催化性能。首先采用水热法合成压电光催化剂Ba Ti O3/Bi2WO6,接着构建了能够耦合压电催化和光催化燃料电池的系统（PZ-PFC）,最后将罗丹明B（Rh B）作为目标污染物对该反应系统进行评价。实验研究表明该系统能很好地提供催化所用的条件,将压电催化和光催化燃料电池完美耦合,实现罗丹明B的高效去除。在该系统中考察了掺杂比例、外电阻、电解质浓度等条件对罗丹明B去除率的影响,表明在最佳条件下罗丹明B在50 min内的去除率可达98.7%,速率常数值为0.081,分别是纯Ba Ti O3和纯Bi2WO6的7.13倍和5.26倍。该催化剂在重复使用4次后对罗丹明B的去除率仍保持96.3%,具有良好的稳定性。（2）构建单原子活化过硫酸氢钾（PMS）耦合光催化燃料电池及微生物燃料电池体系以提高催化性能。利用煅烧法将单原子Co负载到光催化剂g-C3N4,通过对该材料进行HFAAD-STEM表征,证实了该方法成功制备了单原子Co并均匀分散在g-C3N4表面。构建耦合了Co-g-C3N4活化PMS、光催化以及微生物燃料电池（MFC）三种催化体系的系统（PMS-PFC-MFC）,实现连续高效去除VOCs。在系统中测试了不同Co掺杂量对VOCs去除效果的影响,实验证明Co CN-2（0.14 wt%）的催化性能最佳,当系统中的外电阻为1000Ω时催化性能最好（当初始乙酸乙酯浓度为5.94 g/m~3,120 min内能实现VOC稳定降解,且去除率为100%,平均去除能力达356.4 g/m~3/h）,且输出电压为500 m V,具有良好的环境效益及经济效益。
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