【摘 要】
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工农业生产将大量有机污染物排放到水体中,破坏生态环境,威胁人类健康。光催化吸收太阳光,产生载流子,可以降解污水中的有机污染物,是一种理想的有机污染物处理方法。然而,光生载流子分离效率低,限制了光催化的效率,影响了光催化的推广应用;同时,常用的高效催化剂是粉末状的,粒径较小,难以回收,容易造成二次污染。围绕这些问题,本文开展了BaTiO3/CdS压电-光催化剂的制备及催化性能研究和三维海绵状BaTi
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工农业生产将大量有机污染物排放到水体中,破坏生态环境,威胁人类健康。光催化吸收太阳光,产生载流子,可以降解污水中的有机污染物,是一种理想的有机污染物处理方法。然而,光生载流子分离效率低,限制了光催化的效率,影响了光催化的推广应用;同时,常用的高效催化剂是粉末状的,粒径较小,难以回收,容易造成二次污染。围绕这些问题,本文开展了BaTiO3/CdS压电-光催化剂的制备及催化性能研究和三维海绵状BaTiO3的制备研究,主要研究内容如下:（1）BaTiO3/CdS压电-光催化剂的制备。用水热法制备了BaTiO3,用水浴法在BaTiO3表面沉积CdS,得到BaTiO3/CdS压电-光催化剂。通过XRD、SEM、EDS、TEM等微观分析手段,发现材料纯净无杂相,分布均匀,BaTiO3是直径约500 nm的纳米球,属于四方晶系,沉积在BaTiO3表面的CdS纳米颗粒,属于六方晶系。（2）BaTiO3/CdS压电-光催化剂的催化性能。通过光吸收、电化学、压电响应测试,发现BaTiO3/CdS吸收可见光,相对于纯BaTiO3和CdS,电荷转移电阻小,光电流密度大,压电响应电压大,具有良好的光电、压电性能。通过催化降解罗丹明B,发现BaTiO3/CdS具有良好的光催化、压电催化和压电-光催化性能,其中,BaTiO3/CdS在60 min时压电-光催化降解92.9%的罗丹明B,拟一级反应速率常数是0.0434 min-1,分别是纯BaTiO3的9.8倍和CdS的4.7倍,循环催化性能稳定,空穴和超氧基主要参与该反应。BaTiO3/CdS可以降解亚甲基蓝、金橙Ⅱ和四环素等多种有机污染物。综合分析,提出BaTiO3/CdS催化性能增强的机理:CdS沉积使BaTiO3表面粗糙,BaTiO3/CdS压电响应增强,压电催化效率提高;BaTiO3的自发极化促进CdS光生载流子的分离,使BaTiO3/CdS的光催化效率提高;周期性的超声振动使BaTiO3的极化电场周期性变化,BaTiO3/CdS界面处的载流子聚集-分离-聚集,压电-光催化效率提高。（3）三维海绵状BaTiO3的制备。用乙醇、乙酸和丙酮作有机溶剂,用氢氧化钡和钛酸四丁酯作钡源和钛源,用PVP增加粘度,配制BaTiO3前驱体溶胶;用空气压缩机、喷笔和塑料束口笼状带孔收集装置搭建吹纺装置。吹纺得到柔软如棉花的BaTiO3前驱体纤维,煅烧得到三维海绵状的BaTiO3。由XRD和SEM分析可知,BaTiO3纯净无杂相,属于四方晶系,三维海绵结构主要由纳米级纤维和微米级颗粒构成,疏松多孔。
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