CQDs/斜发沸石复合材料对Rh B和二甲苯光催化降解研究

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目前,印染废水大量排放导致的水源污染和挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)导致的空气污染问题严重困扰着人们的生产生活。为治理印染废水和VOCs污染,光催化技术被认为是一种高效方法。然而,针对光催化剂价格昂贵和制备方式复杂等问题,在实际废水和废气处理中无法得到广泛应用。因此,本文设计了以斜发沸石为载体负载碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),并制备了CQDs/斜发沸石复合材料,为光催化技术提供一种制备简单、价格低廉和无毒的光催化材料。分别以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)和二甲苯两种典型污染物模拟印染废水和VOCs,来验证该复合材料的光催化性能。主要研究内容如下:(1)选择通过水热法制备不同比例的CQDs/斜发沸石复合材料,使用SEM、TEM、XRD和XPS等表征方法,对复合材料微观形貌、晶体结构及元素组成等方面进行分析,研究了碳量子点的相对含量对斜发沸石形貌、结构和表面官能团的影响规律。研究发现,采用水热法能够成功将斜发沸石均匀负载碳量子点,并随着碳源配比增加,碳量子点负载量也增加,CQDs/斜发沸石复合材料具备可控制备性。(2)选择Rh B作为研究对象,对CQDs/斜发沸石复合材料开展光催化降解研究,并对Rh B的降解机理进行分析。研究发现,在斜发沸石上负载碳量子点,能够有效提升材料光催化性能。在合成碳量子点过程中,葡萄糖作为碳源,当其用量为2.475 g时,复合材料达到最佳光催化性能,对Rh B的降解率为100%。自由基捕获实验表明,在Rh B的降解过程中羟基自由基和超氧自由基起主要作用,并结合复合材料的表征分析,碳量子点的负载有效提高这两种活性物质的产生效率。(3)选择二甲苯气体作为研究对象,对CQDs/斜发沸石复合材料光催化开展了降解研究,并对二甲苯的降解机理分析。研究发现,在斜发沸石上负载碳量子点可提升材料光催化性能,对于更难降解的二甲苯气体污染物,也能达到有效降解。当葡萄糖用量2.475 g时,复合材料达到最佳光催化性能,对二甲苯的降解率为97.4%。自由基捕获实验表明,羟基自由基和超氧自由基也是光催化降解二甲苯中的活性物质。本论文通过对Rh B和二甲苯光催化降解研究发现,CQDs/斜发沸石复合材料在液相和气相作为催化反应体系环境时,均能达到良好的降解效果,对反应条件具有良好的适应性。此外,研究结果为CQDs/斜发沸石复合材料降解染料废水和VOCs提供数据支撑,对于以斜发沸石为主体的光催化材料的研究有重要意义。
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