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光催化技术在空气净化领域具有较高的应用价值,然而单一的光催化技术在实际应用中存在量子效率较低、光催化效率低、成本高、光催化剂的负载和分离回收难等问题。因此有必要将光催化技术与其他高级氧化技术或高效污染控制方法耦合,以改善光催化的应用。同时,光催化剂的选择是提高光催化效果的重要途径,寻找电化学性能优良、光学吸收较宽、光生载流子复合率低且成本低廉的催化剂作为光催化电极材料也是解决问题的关键。本论文将光催化技术与电化学、微生物燃料电池和过硫酸盐活化技术耦合形成三种耦合体系,然后采用不同的方法合成三种催化剂分别用来降解含氮类污染物氨气和三甲胺气体。本论文的主要成果如下:(1)采用溶胶-凝胶法合成了Sn-V2O5纳米颗粒,实现了在PC(光催化),PEC(光电催化)或PEC-MFC(光电催化耦合微生物燃料电池)中,在室温下有效去除氨气。研究了Sn-V2O5的结构和电子性质,Sn掺杂的影响以及氨降解的活性物种。Sn的掺杂比例影响了催化活性,Sn-V2O5中Sn的含量为1wt%时表现出最佳的降解效果(NH3去除率为96.4%)和稳定性。通过将PC与电催化和微生物燃料电池耦合在一个体系中,可以提高去除效果。氧空位和适量的Sn掺杂在氨氧化中起关键作用,氧空位可以产生氧化氨气的活性氧,以维持反应的持续进行;过量的Sn负载会形成光生电子-空穴对的复合中心,增加光生载流子的复合率,从而降低光催化活性。这项工作为空气净化和恶臭控制提供了一种创新且稳定的光催化剂。(2)创新性地构建了光电催化协同活化过硫酸盐体系(PEC/PS),通过离子共沉淀法合成了非均相CuO-Co3O4催化剂,对氨气的降解效果进行研究。通过对制备的各催化剂进行氨气降解的对照实验,结合催化剂的表征,确定CuO-Co3O4(Cu/Co的摩尔比=2:1)为最佳的催化剂。通过对比电极上负载催化剂和过硫酸盐(PS)和过氧单硫酸盐(PMS)、只有催化剂、只有PS或PMS三种情况下对氨气的降解率,发现负载PS或PMS都可以促进氨气的氧化。不同的金属阳极对氨气的降解效果影响较大,铜棒更适合用作阳极来降解氨气。实验结果表明,在室温下PEC/PS体系可以去除96.1%的NH3,其中外电阻值最佳为100Ω,PS浓度最佳为0.135 M。此外,PEC/PS体系的产电能力较高,电压值可稳定在0.83 V以上。PEC/PS体系在光电催化协同原位PS活化作用加速自由基的产生,从而增强CuO-Co3O4对氨气的电化学催化氧化和去除。(3)采用水热法合成纳米花瓣状结构的Co-MoS2催化剂,在光电催化耦合体系中可以快速有效地降解三甲胺气体。Co-MoS2催化剂为花瓣状结构,比表面积较大,可以提高催化剂的催化性能。三甲胺降解实验结果表明,Co-MoS2催化剂在PEC体系中在35 min内就可以降解TMA,具有较高的光催化活性和表观量子效率。Co-MoS2催化剂在PEC体系中降解TMA的稳定性优于PC,是由于PEC体系中存在由辅助电化学产生的外部偏压。综上所诉,本研究制备了光催化活性较高的复合催化剂,如Sn-V2O5,CuO-Co3O4,Co-MoS2,构建了光催化耦合体系或光电催化协同活化过硫酸盐体系。在室温下可以高效降解氨气和三甲胺污染物。