碳基压电增强复合材料的超声催化研究

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目前常用超声催化、光催化和压电催化等方法对水中的有机污染物进行降解处理。这些方法单独作用存在着二次污染、效果不佳、成本较大、不能大规模应用等诸多不足。它们组合产生的协同效应能显著提高催化活性,从而使降解效率高效。本论文将超声催化和压电催化相结合,在超声作用下利用Na Nb O3(NNO)和Sr Ti O3(STO)的压电效应增强复合材料的催化性能。同时,本文通过对复合材料进行重复实验探究其稳定性,以实现大规模应用。(1)以活性炭为基底材料,通过硝酸溶液对其进行改性。通过水热法和静置法制备出NNO-Co3O4/AC、NNO-NiO/AC、NNO-CuO/AC、STO-Co3O4/AC、STO-NiO/AC、STO-CuO/AC六种复合材料,通过XRD、Raman、SEM和EDS等测试手段对所制备的样品进行表征。结果表明,制备的复合材料纯度较高,结晶性良好。(2)以甲基橙和亚甲基蓝为目标污染物对NNO-Co3O4/AC、NNO-NiO/AC、NNO-CuO/AC的催化性能进行了研究。复合材料通过两者半导体氧化物的耦合以及NNO在超声波作用下产生的压电效应阻碍电子-空穴对复合,从而提高了催化活性。在超声波作用下,NNO-Co3O4/AC、NNO-NiO/AC、NNO-CuO/AC对甲基橙的降解率在25分钟时分别达到了85.94%、86.6%、90.84%;对亚甲基蓝的降解率在25分钟时分别达到了91.8%、93.74%、95.12%。(3)以甲基橙和亚甲基蓝为目标污染物对STO-Co3O4/AC、STO-NiO/AC、STO-CuO/AC的催化性能进行了研究。STO-Co3O4/AC、STO-NiO/AC、STO-CuO/AC对甲基橙的降解率在25分钟时分别达到88.59%、91.33%、91.84%;对亚甲基蓝的降解率在25分钟分别达到94.8%、97.4%、95.72%。STO型的复合材料对于甲基橙和亚甲基蓝的降解率高于NNO型复合材料。这可能归因于STO是n型纳米半导体氧化物,能够与Co3O4、NiO、CuO这三种p型半导体氧化物形成p-n异质结导致载流子在结界面上的有效分离,提升了催化活性。经过三次重复实验验证,六种复合材料均具有一定的稳定性,对于催化剂的应用具有现实意义。
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