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环境污染问题已经成为阻碍人类文明向前发展的一个世界性难题,如何有效解决这一问题并达到可持续发展的目的,成为科研人员的首要任务。半导体光催化技术近些年来被认为是有效并且没有二次污染的环境友好型处理方法。TiO2以低成本、低毒性以及具有优异的紫外吸收能力成为光催化领域的研究热点。以TiO2为代表的粉末型半导体光催化剂在紫外光照下表现出优异的去除污染物性能。然而在实际有机废水处理中,粉末型光催化剂若不经过滤回收就进行排放会造成达标废水对水生环境的二次污染。固定化光催化剂材料例如光催化涂层负载于一些硬性材料(例如浮石、玻璃)表面可以有效的解决过滤催化剂的问题。有鉴于此,本文以PDMS-SiO2杂化材料为光催化剂回收体,将光催化剂(TiO2、Cs@TiO2和BiPO4)分别嵌入PDMS-SiO2杂化材料形成光催化涂层,并负载于浮石、玻璃等载体表面以实现对水体中有机污染物的持续去除,省去了过滤催化剂这一步骤。采用了不同的表征手段对光催化剂涂层的成分、晶型、形貌、热稳定性和疏水性进行了分析。同时探究了工艺参数对光催化性能的影响、光催化涂层的循环催化稳定性,以及对光催化反应过程中的主要活性基团也进行了探讨。本文的主要研究内容如下:(1)以商业化TiO2(P25)作为光催化剂,通过溶胶凝胶法获得了无开裂PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层,并将PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层负载于不同的载体(浮石、麦饭石、玻璃纤维)。与麦饭石、玻璃纤维作为载体相比,以浮石为载体的PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层展现出最佳的紫外光催化性能,实现了金橙Ⅱ(AO7,20 mg/L)在12 h内98%的降解。此外,经过五次紫外光催化循环之后(每次光照6 h),PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层对AO7的去除效率仍能达到90%以上。在紫外光照下探究了 PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层对实际废水的COD去除效果,结果发现PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层对实际废水COD的去除率为65%,比空白实验组提高了 23%。接触角测试表明PDMS-SiO2-TiO2光催化涂层具有高接触角(101°),因此具有较高的疏水性。(2)通过水热煅烧法制备了壳聚糖掺杂的TiO2(Cs@TiO2),在可见光下探究了不同温度下(200℃、300℃、400℃、500℃和 600℃)煅烧的 Cs@TiO2对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能,结果表明300℃煅烧的Cs@TiO2(Cs@TiO2-300)具有对MB最佳的吸附效率和光催化降解效率。因此,采用Cs@TiO2-300作为光催化涂层中的可见光催化剂,通过溶胶凝胶法获得无开裂PDMS-SiO2-Cs@TiO2光催化涂层。将光催化涂层负载于浮石表面,探究了模拟太阳光下PDMS-SiO2-Cs@TiO2光催化涂层对MB的去除效率。结果表明,相比PDMS-SiO2-TiO2涂层(对 MB 的去除效率为34%),PDMS-SiO2-Cs@TiO2光催化涂层对MB具有更高的去除效率为59%,这主要归因于Cs@TiO2对可见光的吸收能力。通过DRS、XPS等表征技术发现壳聚糖的掺杂降低了原始TiO2的禁带宽度并提高了光吸收范围。光催化循环测试以及接触角测试表明了 Cs@TiO2稳定地复合在PDMS-SiO2杂化材料里形成了无开裂光催化涂层。(3)以溴氧化铋为Bi源,通过溶胶凝胶辅助沉淀法制备了无开裂PDMS-SiO2-BiPO4光催化涂层。将光催化涂层负载于高硼硅酸盐玻璃表面,探究了 BiPO4的质量分数对PDMS-SiO2-BiPO4紫外光催化降解MB的影响。结果表明,当BiPO4质量分数为18wt%时,PDMS-SiO2-BiPO4光催化涂层具有对MB最高的降解效率,其相应的一级动力学常数为PDMS-SiO2-TiO2涂层的2.2倍。ESEM-EDX和XRD表征结果发现单斜晶BiPO4颗粒沉积在PDMS-SiO2-BiPO4涂层表面,并包裹着一层PDMS-SiO2杂化材料,有效阻止了 BiPO4颗粒的脱落。无机离子(NO3-,SO42-,Cl-,H2PO4-,HCO3-,Na+,Ca2+,Mg2+,NH4+和 Al3+)的添加对PDMS-SiO2-BiPO4光催化涂层去除MB存在抑制作用,这归因于无机离子对·OH自由基的捕获和对染料分子的竞争吸附作用。通过自由基清除实验发现·OH及·O2-为紫外下PDMS-SiO2-BiPO4光催化涂层表面的主要自由基。