【摘 要】
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石油废水与染料废水由于其可生化性能差、物化性质稳定等特点,造成了严重的水污染,在周围环境中不断积累,严重危害人类的生活环境和生命健康。光催化技术对于处理难降解有机物有非常好的效果,将光催化剂与磁性材料或PVDF膜复合,可以有效解决光催化剂难分离回收等难题,具有广阔的研究前景。本论文制备易于回收的磁性复合材料和PVDF膜复合材料,用于处理模拟油田废水和染料废水中的有机物。(1)采用水热法合成RGO@
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石油废水与染料废水由于其可生化性能差、物化性质稳定等特点,造成了严重的水污染,在周围环境中不断积累,严重危害人类的生活环境和生命健康。光催化技术对于处理难降解有机物有非常好的效果,将光催化剂与磁性材料或PVDF膜复合,可以有效解决光催化剂难分离回收等难题,具有广阔的研究前景。本论文制备易于回收的磁性复合材料和PVDF膜复合材料,用于处理模拟油田废水和染料废水中的有机物。(1)采用水热法合成RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO,超声法制备RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜,并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对材料进行表征分析。(2)聚丙烯酰胺(PAM)和罗丹明B(Rh B)两种不同有机物模拟油田废水和染料废水,考察磁性复合材料和膜复合材料对这两种污染物的处理效果。(3)通过磁回收、膜回收实验和电化学表征结果,探讨材料的可回收性、重复利用性以及材料的光催化降解机理。研究表明:(1)RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO复合光催化剂具有良好的磁回收和光催化性能。在模拟太阳光照射下,RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO复合光催化剂对聚丙烯酰胺和罗丹明B模拟废水均具有良好的光催化降解性能,且都符合一级反应动力学模型。聚丙烯酰胺的最佳处理条件:GO@Fe3O4与Cu2O@ZnO质量比为1:5,RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO的浓度为0.6 g/L,p H=7,丙烯酰胺的初始浓度为100 mg/L,光催化降解率为97.3%。罗丹明B的最佳处理条件:GO@Fe3O4与Cu2O@ZnO质量比为1:5,RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO的浓度为0.6 g/L,p H=7,罗丹明B的初始浓度为10mg/L,光催化降解率为97.8%。此外,重复性实验表明,RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO复合光催化剂有良好的可回收性能和光催化稳定性,循环4次后,材料磁回收率仍可达到90%,对聚丙烯酰胺的降解率仍可达81%满足磁回收和光催化的需要。通过自由基捕获实验探讨了RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO复合材料的光催化降解机理,实验结果表明主要活性物种为超氧自由基(·O2-)。该复合材料的光催化机理可以表述为:Cu2O和ZnO形成Ⅱ型异质结结构,可有效抑制光生电子空穴对的复合;此外,Cu2O和ZnO导带上的电子可传递至RGO的平面碳层上,加快了电子传递速度,抑制了电子空穴对的复合率,因此提高了光催化降解效果。(2)RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜结构稳定,有良好的回收性与光催化性能。在模拟太阳光照射下,RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜对聚丙烯酰胺和罗丹明B模拟废水均具有良好的光催化降解性能,且都符合一级反应动力学模型。聚丙烯酰胺的最佳处理条件:RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜的浓度为0.3 g/L,聚丙烯酰胺的初始浓度为100 mg/L,p H=7,光催化降解率为97.5%。罗丹明B的最佳处理条件:RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜的浓度为0.3 g/L,罗丹明B的初始浓度为10 mg/L,p H=7,光催化降解率为97.3%。膜的回收和重复性实验表明,RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜有良好的重收性能和光催化稳定性,循环4次后,回收率仍可达99%,对聚丙烯酰胺的降解率仍可达90%以上,膜材料在水中搅拌20天之后膜材料仍然完整,且光催化性能基本不变,完全满足重回收和光催化的需要。通过自由基捕获实验探讨了RGO@Cu2O@ZnO/PVDF膜的光催化降解机理,实验结果表明主要活性物种为超氧自由基(·O2-),光催化降解机理与RGO@Fe3O4/Cu2O@ZnO相同。
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