【摘 要】
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由于工业、生活以及农业污水的排放,导制水环境中有毒、有害化学组分的超标,不仅造成了生态环境的破坏,还对生活用水产生了极大的影响。因此,获得清洁、无毒的水资源变得愈发重要。光催化技术自发明以来就广受关注,在污染治理领域被认为是高效且环保的技术之一。TiO2是光催化技术中最具开发潜力的半导体材料,但存在光生电子复合速率快、禁带宽度较窄等固有缺陷。随着研究人员对半导体材料的研究,利用高导电性碳材料修饰T
【基金项目】
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自治区天山英才计划（第三批）项目“生物质多糖综合利用基础研究”课题主持人:李德强 副教授（新疆农业大学）；
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由于工业、生活以及农业污水的排放,导制水环境中有毒、有害化学组分的超标,不仅造成了生态环境的破坏,还对生活用水产生了极大的影响。因此,获得清洁、无毒的水资源变得愈发重要。光催化技术自发明以来就广受关注,在污染治理领域被认为是高效且环保的技术之一。TiO2是光催化技术中最具开发潜力的半导体材料,但存在光生电子复合速率快、禁带宽度较窄等固有缺陷。随着研究人员对半导体材料的研究,利用高导电性碳材料修饰TiO2被认为是一种有效的改性手段。因此,本研究通过海藻酸钠诱导制备了TiO2碳基复合材料（TiO2/C）,主要研究内容如下:（1）基于海藻酸钛配位化合物的TiO2/C纳米复合材料的制备及性能研究。通过碳化海藻酸钛配位化合物制备了TiO2/C纳米复合材料,并研究了其在模拟阳光照射下对亚甲基蓝（MB）的光催化性能。采用SEM-EDS、FT-IR、XRD、XPS、TG、UV-vis DRS和N2吸附-脱附等温线分析对制备的复合材料进行了结构表征。结果表明,TiO2/C材料为锐钛矿和金红石的混合相;C覆于复合材料的表面。TiO2/C-20的禁带能低至2.23 e V,具有优异的光子吸收特性。在模拟太阳光照射下,样品TiO2/C-20在15 min内对MB的降解率高达97.47%,准一级动力学速率常数为0.0855 min-1,表现出良好的光催化性能;经5次循环测试,样品对MB的光降解率仅降低了0.72%,证明了样品具有良好的稳定性;光降解机理研究表明:·O2-为光降解过程中的主要活性物种。（2）竞争配位策略调控TiO2/碳质纳米复合材料中TiO2的晶型及性能研究。在制备海藻酸钛配合物的过程中加入常用的配位剂Ca Cl2,获得海藻酸钛和海藻酸钙二元络合物,经煅烧后获得光催化剂C-TiO2/Ca CO3。通过对该复合材料结构表征,证实了通过配位竞争反应,Ca Cl2的引入有效地调控了TiO2晶型,实现了从混合相向单一锐钛矿相的转变;Ca CO3和C均存在于材料的表面。C-TiO2/Ca CO3的带隙值为2.71 e V,增大了可见光的响应范围。在模拟光照射下,C-TiO2/Ca CO3在10 min内对MB的降解率可达96.46%,准一级动力学速率常数为1.9028 min-1,表明该材料具有优异的光催化活性。5次循环后,光降解效率几乎没有变化,说明C-TiO2/Ca CO3光催化剂的可回收和稳定性良好;光降解机理研究表明:h+为光降解过程中的主要活性物种。（3）氮掺杂TiO2/碳质纳米复合材料的制备及性能研究。结合TiO2/C复合材料的制备,以多巴胺和海藻酸钠为双配体,以Ti4+为中心离子,多巴胺为氮源,在高温下获得氮掺杂的TiO2/碳质纳米复合材料（N-TiO2/C）。结构表征表明:N-TiO2/C在高温下转化为单一的金红石相;N元素掺杂到TiO2晶格中,C元素则存在于复合材料表面;N-TiO2/C的带隙值为2.76 e V,具有可见光吸收能力。光催化活性测试结果表明:N-TiO2/C在15 min内对10 mg/L MB的降解率可达99.42%,在90 min内对20 mg/L MB的降解率可达97.25%,均高于TiO2/C-10和C-TiO2/Ca CO3;5次循环后光降解效率降低了8.36%;光降解机理研究表明:h+为光降解过程中的主要活性物种。
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