钒酸盐、钼酸盐微/纳米材料的制备及其在水污染处理中的应用

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随着社会的快速发展,各种工业污水和生活废水任意排放,使得水体污染成为当前人类社会所面临重大问题之一。在种类繁多的污染物当中,印染废水最难处理,它常含难降解、有毒有机污染物,如何有效去除这些污染物成为众多科技工作者致力解决的问题。近年来微纳米材料以其高效、廉价和环境友好的特点在水处理领域显示了无可比拟的优越性,可实现对水体中污染物的快速吸附或降解。本文用液相合成法制备一系列性质优良的钒酸盐及钜酸盐复合物微/纳米材料,探究了相关实验条件对样品结构、形貌的影响,并根据实验现象提出可能的形成机理,最后深入研究了合成材料在水处理方面的应用。主要内容如下:1、在非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,采用简单的化学沉淀法成功合成了花簇状焦钒酸锌(Zn3(OH)2V2O7·2H2O),运用XRD、FT-IR、SEM对其结构和形貌进行表征。以花簇状Zn3(OH)2V2O7·2H2O作为吸附剂处理有机染料,结果显示,相比于商品活性炭,花簇状Zn3(OH)2V2O7·2H2O作为吸附剂表现出对阳离子染料MB有更高的吸附性能,可归因于其丰富的孔隙结构、较大的比表面积和表面负电性。花簇状Zn3(OH)2V2O7·2H2O对MB的吸附热力学符合Freundlich模型,说明吸附形式是非单层分子吸附;吸附动力学能够较好的符合伪二级模型,表明整个吸附过程包括外扩散、内扩散及表面吸附过程。同时,通过颗粒内扩散方程模型拟合结果发现,整个吸附过程中qt与t1/2线性关系较好,但不通过原点(C≠0),吸附过程主要受颗粒内扩散控制,但是颗粒内扩散不是唯一的吸附速率的控制步骤。该过程的吸附热为47.3 kJ/mol,推测该过程可能主要以物理吸附为主。在上述工作的基础上,进一步探究Zn3(OH)2V2O7·2H2O的光催化活性,通过在体系中加入不同比例的硫酸铜,制备一系列Zn3-xCux(OH)2V2O7·2H2O固溶体。运用XRD、SEM、PL及对其结构和形貌进行表征分析。经分析,当x的值从0到3,样品的形貌从花簇状演变为颗粒状,且颗粒尺寸越来越小。将一系列样品进行光降解RhB实验,结果显示,x值为2时其光催化活性最高,也就是说,锌铜比例为2:1是最佳固溶比。纯焦钒酸铜(x=3)的活性也相对比较高,主要是由于其自身的小尺寸效应;纯的焦钒酸锌活性高于固溶体Zn3-x(Cux)(OH)2V2O7·2H2O(x=1),是由于其自身独特的框架结构,花簇状焦钒酸锌的分级结构有助于催化反应物和产物的传输,使其在光降解RhB中比颗粒状形态样品更有优势。通过活性自由基检测试验得出,该光催化过程中,超氧自由基是主要的活性物种,空穴也起到了一定的作用。2、采用简单的液相沉淀法制备一系列AgBr/CaMoO4负载型催化剂,利用XRD、FT-IR,SEM和XPS等对样品进行了详细的表征。用制备的催化剂催化还原对硝基苯酚(4-NP),研究发现,在硼氢化钠(NaBH4)存在的情况下,负载型催化剂AgBr/CaMoO4的催化效果高于纯的AgBr和CaMoO4。而且,当AgBr的负载量为5%时,催化剂活性最高。经分析,复合样品中CaMoO4微球能够使AgBr纳米颗粒均匀分散在其表面,防止AgBr自身团聚,使AgBr能够充分接触反应分子(BH4-和对硝基苯酚离子),大大提高了复合物的催化活性。循环实验结果表明,负载型催化剂AgBr/CaMoO4具有良好的化学稳定性和循环性。所以,复合物AgBr/CaMoO4在实际应用中是一种潜在的催化剂。
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