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随着光催化技术的广泛发展,大量的研究包含了光催化剂的改性、光催化的降解机理、新型光催化材料的开发等领域,这些研究为光催化技术在环境领域的应用提供了实验支撑和理论基础。但是光催化技术的开发还存在一系列的问题,如:电子——空穴对的复合,导致光催化的活性较低,粉末状催化剂难以从反应体系中分离、回收利用等诸多问题。目前,将光催化技术与其他技术耦合,利用组合技术的协同效应达到最佳的处理效果,拥有更广阔的应用前景,例如:光催化技术与膜处理技术联用、光电催化技术联用等。为了克服粉末状催化剂难以分离回收等缺点,本文将ZnIn2S4负载到PVDF膜、碳毡等不同基底上,针对不同的基底,选择不同的负载方法,通过SEM、EDS、XRD、AFM、Zeta电位等手段对样品进行表征,用去除率和矿化度来研究其对盐酸四环素的降解效果。取得如下研究结果:
1)通过水热法合成ZnIn2S4催化剂,将其过滤至PVDF膜表面,形成ZnIn2S4光催化功能层,构成动态光催化膜反应器。在循环出水的模式下,当催化剂的负载量为1.88mg/cm2、光照强度为50mW/cm2、膜通量为84.06L/m2/h时,盐酸四环素(10 mg/L)的去除效果最佳,矿化率为57%。在24h连续进水、出水的模式下,当催化剂的负载量为1.88mg/cm2、光照强度为50mW/cm2、膜通量为26.09L/m2/h,水力停留时间(HRT)为7.4h时,盐酸四环素(10 mg/L)的平均去除率达到50%;在同样条件下,反应持续36h,浓度为100μg/L的盐酸四环素的平均去除率为92%,反应前后PVDF膜的SEM、Zeta、接触角、AFM表征结果表明,膜表面的结构并没有被破坏,PVDF基膜稳定性良好。
2)通过水热法直接在柔性基底碳毡上原位合成微球形ZnIn2S4催化剂,构成三电极光催化降解体系。循环伏安法(CV)、线性伏安法(LSV)、阻抗(EIS)、I-T曲线等电化学表征结果表明,当碳毡厚度为5mm、前驱液浓度为1倍、负载层数为1时,样品的光电性能最好。从5mmGF-ZIS(1)-1样品的SEM图可以看出,一些纳米层状结构均匀地在碳毡上生长成网状结构随后形成微球和半球型的结构,随着负载层数的增加,球形结构破坏或坍塌,光电性能有所降低。给反应体系施加不同的电压时,0.9V下的直流电压去除效率最高,在357nm和275nm波长下,它的去除率分别是:94%、79%,此时矿化率为64%。给反应体系施加阳极偏压时,光生空穴起主要作用,电极辅助氧化提高其降解效率。
1)通过水热法合成ZnIn2S4催化剂,将其过滤至PVDF膜表面,形成ZnIn2S4光催化功能层,构成动态光催化膜反应器。在循环出水的模式下,当催化剂的负载量为1.88mg/cm2、光照强度为50mW/cm2、膜通量为84.06L/m2/h时,盐酸四环素(10 mg/L)的去除效果最佳,矿化率为57%。在24h连续进水、出水的模式下,当催化剂的负载量为1.88mg/cm2、光照强度为50mW/cm2、膜通量为26.09L/m2/h,水力停留时间(HRT)为7.4h时,盐酸四环素(10 mg/L)的平均去除率达到50%;在同样条件下,反应持续36h,浓度为100μg/L的盐酸四环素的平均去除率为92%,反应前后PVDF膜的SEM、Zeta、接触角、AFM表征结果表明,膜表面的结构并没有被破坏,PVDF基膜稳定性良好。
2)通过水热法直接在柔性基底碳毡上原位合成微球形ZnIn2S4催化剂,构成三电极光催化降解体系。循环伏安法(CV)、线性伏安法(LSV)、阻抗(EIS)、I-T曲线等电化学表征结果表明,当碳毡厚度为5mm、前驱液浓度为1倍、负载层数为1时,样品的光电性能最好。从5mmGF-ZIS(1)-1样品的SEM图可以看出,一些纳米层状结构均匀地在碳毡上生长成网状结构随后形成微球和半球型的结构,随着负载层数的增加,球形结构破坏或坍塌,光电性能有所降低。给反应体系施加不同的电压时,0.9V下的直流电压去除效率最高,在357nm和275nm波长下,它的去除率分别是:94%、79%,此时矿化率为64%。给反应体系施加阳极偏压时,光生空穴起主要作用,电极辅助氧化提高其降解效率。