【摘 要】
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近年来,随着纺织业的快速发展,染料造成的水污染问题也越来越严重,而废液中的染料化学结构较稳定,在自然环境中较难自分解,因此降解被污染水源中的染料已迫在眉睫。半导体光催化氧化降解废水中有机污染物有较好的效果,在环境治污领域已取得非常大的成就。目前已有多种降解有机污染物的方法:电化学法、生物分解法、吸附法、物理沉降法、光催化氧化法等。经过多年研究,研究者发现将吸附法与光催化氧化法结合起来的途径对有机污
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近年来,随着纺织业的快速发展,染料造成的水污染问题也越来越严重,而废液中的染料化学结构较稳定,在自然环境中较难自分解,因此降解被污染水源中的染料已迫在眉睫。半导体光催化氧化降解废水中有机污染物有较好的效果,在环境治污领域已取得非常大的成就。目前已有多种降解有机污染物的方法:电化学法、生物分解法、吸附法、物理沉降法、光催化氧化法等。经过多年研究,研究者发现将吸附法与光催化氧化法结合起来的途径对有机污染物的降解具有较大研究意义。Ti O2由于低成本、无二次污染、光催化效果好等优势,成为国内外最有应用前途的光催化剂之一。但由于Ti O2自身粒径较小回收困难、电子-空穴对复合较快等缺点,我们需要对Ti O2进行改性。而活性炭对废水中的染料具有较好的吸附作用,因为它具有大的表面积,微孔结构,高吸附能力和高表面反应活性等优点。因此,Ti O2作为较好的光催化剂,而C作为良好的吸附剂,我们将Ti O2与C复合制备Ti O2/C复合材料。通过这种改性手段,可以很好地发挥C吸附和Ti O2光催化的协同作用。本文主要包括以下两个方面的内容:第一个体系使用L9（33）正交阵列的方法（三个因素为:反应溶液中硫酸钛浓度、复合材料中C含量、焙烧温度）,在不同条件下制备得到Ti O2/C复合材料,探究有利于降解亚甲基蓝（MB）的最佳制备条件。此实验以硫酸钛和面粉为原料经一锅煮的液相反应先获得Ti O2/C复合材料的前驱体,然后由干燥和焙烧得到相应的介孔Ti O2/C复合材料,探究有利于降解亚甲基蓝（MB）的最佳制备条件。这些复合材料具有高比表面积（最大的约达到200 m2/g）,且焙烧温度影响不是很大,但对晶型转变影响较大,当焙烧温度为850 oC时,锐钛矿全部转变为金红石。研究表明,较高的焙烧温度和硫酸钛溶液浓度制得的Ti O2/C复合材料有利于吸附和紫外光催化降解亚甲基蓝溶液。但复合物中碳含量,应当选取合适值。第二个体系通过改变焙烧温度制备了Ti O2/C复合材料,研究了材料中石墨化碳对亚甲基蓝的吸附和光催化性能的影响。此实验以硫酸钛和面粉为原料经一锅煮的液相反应先获得Ti O2/C复合材料的前驱体,然后由干燥和焙烧得到相应的碳含量为40%的介孔Ti O2/C复合材料。这些复合材料具有典型的介孔结构和较高的比表面积（117～138 m2/g）,且Ti O2晶体的颗粒尺寸较小（8～27 nm）。随着焙烧温度从650 oC提高到800 oC,Ti O2/C复合材料中石墨化碳含量和金红石相Ti O2含量明显增加,但Ti O2晶体的颗粒尺寸逐渐减小。当焙烧温度为800 oC时,锐钛矿相Ti O2全部转变为金红石相Ti O2。吸附和光催化实验结果表明,Ti O2/C复合材料的焙烧温度越高,对亚甲基蓝（MB）的吸附和光催化降解性能越好。Ti O2/C-800复合材料对MB的吸附过程可以通过准二级动力学模型很好地描述,所以此过程受化学吸附的控制,且最大平衡吸附量约为15 mg/g。在15W紫外光下照射3 h,50 mg Ti O2/C-800复合材料对100ml MB（14 mg/L）的光催化降解率为25.1%,比其余三个介孔Ti O2/C复合材料的光催化降解能力都强。这些结果表明,石墨化碳对Ti O2/C复合材料吸附和光催化降解MB性能具有显著影响。同时也成功地将Ti O2/C复合材料对光的吸收从紫外光区域拓展到了可见光区域。进一步升高焙烧温度,当焙烧温度高于850℃后,Ti O2/C复合材料中Ti O2逐渐转变为Ti3O5。在复合材料吸附亚甲基蓝实验中,材料的吸附能力为:Ti3O5>金红石相Ti O2>锐钛矿相Ti O2;而在复合材料紫外光催化降解亚甲基蓝实验中,材料的催化能力为:金红石相Ti O2>锐钛矿相Ti O2>Ti3O5。
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