钼酸铅微晶体的改性及其光催化降解有机污染物的研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jjy2005
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随着生产力的发展,人们物质与文化需求的增长,因缺乏有效监督管理机制而伴生的环境问题也愈演愈烈。工业废水缺乏有效处理直接排放,生活污水肆意倾倒,大面积使用农药、化肥产生的农业污水等危害环境的行为使得我国本来就比较严峻的水资源形势更加恶劣,水污染的治理已经迫在眉睫。光催化降解技术作为处理有机废水的强有力的手段,以其降解彻底、条件温和、操作简便、反应迅速等优势自问世来一直受到全球科研工作者的广泛关注与深入研究。但是传统的光催化剂TiO2光谱响应范围狭窄,只能被紫外光激发,而且存在使用后难回收的缺点,因而极大限制了其实际应用。制备响应范围更宽的、能重复使用的催化剂是光催化剂的重点发展方向。本论文采用水热法制备了不同形貌的 PbMoO4,通过降解有机污染物考察了其光催化活性。并采用复合C60的方法对不同形貌的PbMoO4进行了改性,考察了复合材料在紫外光和可见光下的光催化活性。主要内容和结论如下:  1)采用水热法合成了PbMoO4微米球,用于光催化降解甲基对硫磷。采用多种测试技术对光催化降解中间体进行了研究,并结合计算机理论计算的方法探讨了降解机理。结果表明:PbMoO4光催化降解甲基对硫磷反应中,共发现了5种中间体。光催化反应初始阶段,甲基对硫磷分子上的烷基是PbMoO4的吸附位点。烷基发生氧化作用,接着发生脱烷基反应;硝基则被还原为氨基,并进一步脱去氨基发生偶联反应生成双硫磷及其衍生物;与此同时进行的还有S原子的取代反应。光催化降解机理的推导对该技术实际应用于有机磷农药废水的处理具有一定的现实意义。  2)采用水热法制备了C60-PbMoO4复合材料,并对其进行了表征和光催化活性考察。结果表明:C60成功复合到PbMoO4表面,并且有效抑制了PbMoO4晶体的生长,获得了粒径更小的晶体,但未对PbMoO4的晶体结构产生影响。复合材料对光的吸收范围扩大到可见光区。光催化降解实验中,无论在紫外光还是可见光下, C60-PbMoO4的光催化活性均优于纯PbMoO4和C60+PbMoO4机械混合物。在紫外光下,C60-PbMoO4复合材料有利于光生电子的迅速转移,减少了与光生空穴的复合几率;可见光下的降解则遵从RhB敏化机理。  3)将C60-PbMoO4复合材料用于光催化降解灭幼脲。结果表明:最佳反应条件为溶液初始pH4.0,灭幼脲初始浓度20 mg/L,C60-PbMoO4催化剂用量0.4 g/L。光催化反应5h灭幼脲降解完全,8h矿化完全。反应遵从一级动力学,拟合曲线方程ln( c/c0)=-0.611 t,线性相关系数R2=0.9950,反应速率常数0.611 h-1。  4)采用水热法合成了(001)晶面暴露的 PbMoO4催化剂,该催化剂易沉降,方便与反应液分离。并用于光催化降解灭幼脲,探讨了催化剂的作用机理。结果表明:最佳光催化降解条件为反应液pH6.0,灭幼脲初始浓度20 mg/L,催化剂用量0.4 g/L。光催化反应4 h灭幼脲的降解率为99.96%,矿化率为66.4%。反应遵从一级动力学,拟合曲线方程为ln( c/c0)=-0.028 t,线性相关系数R2=0.9897,反应速率常数为0.028 h-1。通过加入自由基清除剂KI和异丙醇发现空穴的作用占全部降解成分的53.6%,·OH的作用占全部降解成分的28.6%。  5)采用水热法制备了C60-(001)PbMoO4复合材料,并对其进行了表征和光催化活性考察。结果表明:C60成功复合到PbMoO4表面,并且抑制了PbMoO4晶体的生长,获得了粒径更小的晶体,但未对PbMoO4的晶体结构产生影响。无论在紫外光还是可见光下,C60-(001)PbMoO4的光催化活性均优于纯(001)晶面暴露的 PbMoO4和C60+(001)PbMoO4机械混合物。光催化活性增强的原因同C60-PbMoO4。
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