半导体材料钨酸盐催化超声降解有机染料废水

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据报道,半导体材料钨酸盐(Ag8W4O16,BaWO4)可作为光催化剂处理有机染料废水。本文根据超声作用机理与光催化机理的联系以及已有研究者对Bi2WO6、ZnWO4、CoWO4等钨酸盐催化超声降解有机污染物的研究结果,推测Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4可能亦具有良好的催化超声降解有机污染物性能。本文通过水热合成法制备了半导体材料钨酸盐(Ag8W4O16,BaWO4,Br--BaWO4)催化剂,并将其分别用于催化超声降解有机染料甲基橙(Methyl Orange,MO)、日落黄(Sunset Yellow,SY)和罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)。通过紫外-可见(UV-vis)分光光度计检测其最大吸收峰处的吸光度变化来判定催化剂(Ag8W4O16,BaWO4,Br--BaWO4)的催化超声活性。并考察了实验参数(Br离子的掺杂量,水热合成过程溶液的pH,煅烧温度,催化剂的加入量,溶液pH,溶液的初始浓度、超声功率和超声时间等因素)对降解率的影响。另外,测量了Ag8W4O16催化剂和有机染料MO的Zeta电位。通过活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)清除剂探讨了催化剂(Ag8W4O16,BaWO4,Br--BaWO4)催化超声降解MO、SY和Rh B的反应机理,并研究了催化剂的可重复利用性能。主要研究结果如下:(1)水热合成法制备的Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4,通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行结构和形貌表征、元素分析,结果表明:水热合成法制备的Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4颗粒分布均匀,结晶度较高,使用能谱仪(EDS)对Br--BaWO4催化剂进行了元素种类分析,结果表明成功制备了Br离子掺杂的BaWO4。(2)经研究发现,上述实验参数对MO、SY和Rh B的催化超声降解率有重要的影响,所制备的催化剂均表现出优良的超声催化降解性能及良好的重复使用性。(3)ROS清除剂研究结果表明,Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4催化超声降解MO、SY和Rh B的机理归因于ROS清除剂的产生,其中主要是单线态氧(1O2)和羟基自由基(·OH)对降解起作用。(4)Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4催化超声降解反应符合拟一级动力学。(5)通过BaWO4催化超声不同染料(刚果红、Rh B和金橙II)的研究,表明BaWO4对不同结构和性质染料都具有一定的声催化活性。研究结果表明钨酸盐(Ag8W4O16,BaWO4和Br--BaWO4)在处理有机染料废水方面具有良好的应用前景,同时也为大规模超声处理有机染料废水提供了理论基础和实验依据。
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