TiO2复合光催化剂对染料废水的降解性能研究

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染料废水具有致癌、致畸、致突变等三致作用,如果不加治理直接排放进入环境中会对生态环境造成严重的危害。以TiO2为代表的光催化氧化技术在降解染料废水方面具有降解彻底,低费,化学稳定和光稳定性好等优势,其应用对环境保护具有重要的意义。本研究以新的方法分别制备含TiO2三种新型复合光催化剂:Cu2S-Cu-TiO2/MC、Cu2S-Cu-TiO2/EDA、TiO2/PVA-GA。以代表性染料分子(甲基橙,罗丹明B)的降解率为指标,对材料的制备条件进行优化,并探究最佳的降解条件。进一步,对材料进行一些相关表征,并对其降解机理进行探讨。以对苯二胺与乙二醛形成的席夫碱聚合物为载体,通过一种简单的沉淀炭化法制得了Cu2S-Cu-TiO2/MC光催化剂。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究表明在Cu2S-Cu-TiO2/MC光催化剂中存在Cu2S,Cu和TiO2。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像表明形成了一种镶嵌有Cu2S、Cu的碳载体包覆TiO2的球型结构。比表面积测试(BET)结果表明材料具有高的比表面积(76.14 m2/g)和介孔结构(平均孔直径16.3 nm)。紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)表明光生电子和空穴对的复合受到抑制。在可见光下,复合材料对高浓度(300 mg/L)的甲基橙和刚果红溶液均表现出良好的光降解性能。以乙二胺(EDA)与乙二醛(GO)聚合形成的哌嗪类衍生物为载体,通过沉淀炭化法制得Cu2S-Cu-TiO2/EDA光催化剂。此材料的较佳制备配比为n(EDA):n(GO):n(Cu):n(Ti)=4:1.2:2:1,较佳制备温度为750℃。材料较佳降解条件为投加量30 mg,甲基橙浓度100 mg/L,pH=8.0,H2O2浓度为1 mmol/L。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像表明材料带有很多不规则的孔隙结构,Cu2S,Cu和TiO2粒子镶嵌在这些孔壁表面。比表面积测试结果表明材料比表面积为11.38 m2/g,平均孔径为46 nm。荧光光谱表明材料的光生电子与空穴对的复合受到抑制,说明该材料提高了TiO2光催化剂的光量子效率。以聚乙烯醇(PVA)和戊二醛(GA)交联形成的高分子聚合物为载体,通过水热法合成TiO2/PVA-GA光催化剂。以罗丹明B为代表染料分子,优化材料的制备条件,并对最优降解条件进行测试。结果表明负载TiO2质量分数为12%时,材料的降解性能最佳。材料最佳降解pH为2.0,最优H2O2浓度为1 mmol/L。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究表明制备的TiO2呈锐钛相,并且C对TiO2进行了掺杂改性。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像表明纳米TiO2较为均匀地分布于载体的孔穴中。荧光光谱(PL)表明,材料的光生电子和空穴对的复合受到抑制。这些实验结果表明TiO2/PVA-GA光催化剂同时存在负载和掺杂效应。
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