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在氧化物光催化材料中,TiO2以其强氧化性、无毒性、光和化学稳定性以及廉价等优点而引人关注。但其颗粒中光生电子-空穴对的复合率较高,价带电子只能被紫外光激发等局限性限制了其光催化特性的实际应用范围。而采用外源添加对TiO2进行改性可有效扩展其对太阳光的利用率,进而提高其光催化氧化性能,在环境材料领域具有深入研究价值。本研究采用聚苯胺复合钛纳米管材料,目的在于提高系统的电荷分离效果、系统材料的比表面积以及对可见光的吸收度,进而提高触媒的光催化活性。研究通过原位氧化聚合反应和水热法合成PANI/TNT,并对自制的光催化剂的特性进行UV-VIS、TEM、BET、FTIR和XRD等性能表征分析;为研究自制材料的催化活性,采用自制光催化剂对两类污染物,活性活染料(RG19)和和价和,进行光催化降解/处理性能研究,较系统地研究了自制光催化剂对水中染料的光降解性能,确定了最佳的反应条件,并进一步揭示了反应机理。同时,也对含有染料和As(Ⅲ)的混合废水进行初步研究实验,得到的主要结论如下:
(1)成功制备了在紫外和近可见光范围内均有催化活性聚苯胺/二氧化钛纳米管(PANI/TNT)中孔复合材料,比表面积高达229 m2/g;主体材料TNT保持了TiO2的晶体结构,负载于表面的PANI为无定形态。
(2)在自制系列材料中1.17 wt% PANI/TNT具有最好催化活性,其光催化性能在酸性条件下表现最好,并受催化剂投加量和原水污染物浓度的影响;自制催化剂催化稳定性良好,重复五次循环试验降解效率仍然接近100%;在380nm光源下的处理效率与365 nm光源下的处理效率接近,具有在可见光范围内应用的研究潜力。
(3)PANI/TiO2复合材料作为光催化剂具有利用近可见光快速将As(Ⅲ)氧化为As(V)的应用潜力,对于染料RG19和As(Ⅲ)混合废水,碱性条件下As(Ⅲ)的吸附效果要明显优于酸性条件,但是光催化活性在酸性条件下更好;对于反应后生成的As(V)基本没有吸附效果。