论文部分内容阅读
随着经济的发展,水污染问题日益严峻,尤其是以六价铬（Cr（VI））和邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为例的重金属和难降解有机污染物在水中复杂交互,形成重金属-有机污染物复合污染,广泛存在于各大水体。相比于单一污染,复合污染对环境和生物均具有严重危害作用。然而,由于重金属和有机污染物的物化性质差异较大,难以实现同时去除,所以目前针对复合污染的处理技术主要是分别对重金属和有机物进行单独处理。本研究拟采用光催化产生的电子还原重金属,空穴矿化有机污染物,以期达到对重金属-有机物复合污染的协同处理的目的。为了克服TiO2比表面积小、传质率低、量子效率低和只能利用紫外光的缺点,将具有多级孔道的介孔TiO2纳米管（m-TiO2-NTs）与窄带隙可见光半导体Bi2WO6复合,制备出具有可见光响应的复合光催化剂,用于协同处理重金属-有机物复合污染。复合光催化剂不仅可以提高光利用率和传质效率,而且拓宽光谱响应范围的同时促进电子空穴分离,从而提高材料的可见光催化活性。采用双模板法和溶剂热法制备了Bi2WO6/m-TiO2-NTs（BWO/TNTs）复合光催化剂,通过XRD、SEM、BET、XPS、UV-vis、光电流和电化学阻抗等手段进行表征,研究其在可见光下去除Cr（VI）-DBP复合污染的光催化活性与协同去除复合污染的机理。结果表明,BWO/TNTs复合催化剂在可见光下4 h能去除复合污染中76%的Cr（VI）和100%的DBP,活性分别是BWO的3.8和10.8倍,展现出优越的光催化活性以及循环稳定性。同时,光催化剂处理复合污染物时展现出比处理单一污染物更优的处理效率,BWO/TNTs处理复合污染体系中Cr（VI）和DBP的效率是单一污染体系的2.2和1.6倍。这一方面得益于具有多级孔道结构的TNTs与Bi2WO6复合形成异质结,不仅有效促进污染物在材料上的传质,而且有利于材料的电子和空穴分离,从而提高复合催化剂的光催化活性;另一方面,复合污染体系下,Cr（VI）和DBP分别充当电子和空穴的捕获剂被还原和氧化,实现对电子-空穴和还原-氧化反应的充分利用,从而提高光催化反应效率,实现复合光催化剂高效协同处理重金属-有机物复合污染。采用不同的溶剂（去离子水（DI）、乙二醇（EG）和丙三醇（GL））,通过水/溶剂热法制备了形貌结构与能带结构不同的BWO/TNTs,以可见光下处理Cr（VI）-DBP复合污染为模型反应用于评价其光催化活性。结果表明,BWO（EG）与TNTs复合可提高其光催化活性;BWO（GL）与TNTs复合后,光催化还原活性显著提高,而氧化活性提高不显著;BWO（DI）与TNTs复合后,光催化活性下降,这都归因于材料的形貌和能带结构对半导体复合的影响。这为设计复合光催化剂高效处理复合污染提供了新的思路和参考依据。