石墨烯基碳材料吸附及其光催化还原六价铬的性能研究

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近些年来,重金属的污染所带来的问题越来越严重,而六价铬(Cr(VI))作为最常见的重金属污染物之一,对人类本身和自然环境都有着非常严重的危害作用,引起了广大民众们的广泛关注。本研究以Cr(VI)为目标污染物,金属氧化物负载还原氧化石墨烯(r GO)复合材料为吸附剂和光催化剂,分别考察其在吸附还原,光催化还原这两种过程的降解规律、具体反应机制。本研究的主要内容如下:(1)Znr GOx吸附还原Cr(VI):以GO和Zn(NO3)2·6H2O为原材料,采用碱性水热法合成了一系列不同掺杂比的复合材料(Znr GOx)。一系列的表征(SEM,XRD,FT-IR,Raman等)和实验结果,表明了Znr GO0.1复合材料具有最优异的吸附性能,3 h对Cr(VI)去除率达到99%且最大吸附量为69.887 mg/g。另外,考察了不同实验条件对Cr(VI)去除的影响,确定了最佳实验条件。通过等温线模型及动力学模型模拟以及吸附反应后的材料表征可得,化学吸附和材料表面官能团是导致Cr(VI)去除的主要原因。此外,Znr GO0.1复合材料在对Cr(VI)的去除过程中表现出良好的稳定性和可重复使用性。(2)Cur GOx光催化还原Cr(VI):采用碱性水热法,将GO与Cu O掺杂合成了一系列不同掺杂比的复合材料(Cur GOx)。采用多种表征手段对Cur GOx复合材料的理化性质等进行探究,并将其用于光催化还原Cr(VI)体系。结果表明,Cur GO0.3复合材料具有最佳的光催化活性(去除率达到100%),并且对Cr(VI)的还原率也可以达到95.87%的去除率。同时,通过对不同实验条件对Cur GO0.3复合材料光催化还原效率进行探究,得到了最佳工艺参数。此外,共存离子以及循环实验证明Cur GO0.3复合材料在实际应用中的适用性和稳定性。最后通过抑制剂实验以及催化剂反应前后表征确定了体系中光生空穴(h+),电子(e)和表面羧酸基团对光催化还原Cr(VI)体系中起主要作用。总而言之,Cur GO0.3被证明是一种高效、稳定的催化剂,可被用来处理水中Cr(VI)。
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