含镁混合金属氧化物类宽光谱催化剂的制备与应用

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光催化剂利用清洁的太阳能源可以降解环境中许多难以降解的有机物,并已广泛应用于环境污染物的治理工作。目前,光催化剂在使用过程中仍然面临两大难题:一是只能利用高光子能量的紫外线和可见光;二是回收利用困难。解决这两大问题是进一步发展利用光催化剂的关键。本文利用共沉淀法合成层状双金属氢氧化物( LDH),并在900℃下煅烧得到ZnO-ZnAl2O4-Er2O3三元混合氧化物催化剂。Er3+的成功掺杂增强了光催化剂对紫外、可见和近红外光的吸收,且在近红外光下该光催化剂对甲基橙的降解脱色效果良好。为了减少贵金属盐的使用量,并进一步提高光催化剂的光催化效果,在合成光催化剂前驱体时将 Mg2+作为主体二价离子,发现Mg2+不仅在单相LDH前驱体形成的过程中起着关键作用,也提高了催化剂光催化降解有机染料的能力。通过调节光催化剂前驱体中镁元素的比例,探究了光催化剂中镁元素的不同添加量对光催化剂光催化性能和光催化稳定性的影响,并通过各种分析手段对文中所合成的光催化剂样品的结构、形貌及其光学性能进行了表征和分析。结果发现:在合成催化剂类水滑石前驱体时,当Mg2+/Zn2+的摩尔比例为1:4时前驱体可以形成单一的LDH结构,同时经过焙烧得到的MZAE-1:4-900的光催化效果在不同比例的MZAE-LDO-900中最好。镁锌铝铒水滑石和锌铝铒水滑石具有典型的类水滑石层状结构,直径约为100-300纳米,呈不完全六边形状,煅烧不完全破坏水滑石结构,但使其产生一些多孔颗粒。不同的金属氧化物,ZnO、Er2O3和ZnAl2O4是高度结晶的且其颗粒大小在整体上是不均匀的,尺寸大约在几十纳米左右。光催化剂MZAE-1:4-900在有机染料的降解中表现出良好的可见-近红外光催化性能。经过循环使用发现,催化剂 MZAE-1:4-900还表现出较高的光稳定性和活性,经过四次的循环使用,其光催化活性仅损失了8%。为解决光催化剂回用困难的问题,利用光催化剂和纤维进行复合抄纸制备了具有光催化性能的光催化纸。为了进一步提高光催化纸的光催化性能,在制备二氧化钛光催化纸时,添加了不同比例的聚多巴胺改性纤维。结果显示聚多巴胺改性纤维可以提高光催化纸的光催化性能,当光催化纸中的改性纤维与原纤维素纤维的比例为1:1时,光催化纸的光催化活性最高。光催化剂 MZAE-1:4-900与纤维复合形成的光催化纸不仅在紫外光下具有光催化性能,在可见光和近红外光下也具有光催化性能。另外,抗菌实验表明,光催化纸还表现出了一定的抑菌性能。
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