自支撑钨酸铋制备及掺杂改性提升光催化性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengwwwchao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
室内环境中存在的可挥发性有机化合物(VOC)会对人体健康产生不良影响,因此人们开发了多种空气污染修复技术。其中光催化氧化(PCO)被认为是去除室内VOCs最有前途的方法之一,在过去的二十年中一直是许多研究者的工作重点。铋基催化剂因其对可见光、近红外光优异的吸收能力,常被用于降解可挥发性污染物研究。目前光催化剂主要存在催化活性差,易失活,难回收,适用场景单一,无法普及等一系列问题。针对上述问题,开发了以钨(W)网为基底的铋基催化剂,该催化剂在自然光条件下可以高效、充分、快速的降解室内的甲苯。柔韧的网状结构确保了催化剂可以适应各种复杂场景,并且易于回收;铋基催化剂能够有效的吸收不同波段的光能,光电转换效率高;此外,铋基催化剂可以长时间持续稳定的降解污染物,也为进一步开发长效光催化剂提供了借鉴。具体研究内容如下:(1)通过外加过氧化氢和浓硝酸溶解钨网提供钨源,在溶液中加入硝酸铋和碱金属硝酸盐,通过水热法制备得到碱金属离子插层的Bi2WO6催化剂。分别探讨了碱金属Li、Na和K离子插层的Bi2WO6对甲苯的降解效果,其中Na-Bi2WO6在60分钟内可以彻底降解50 ppm的甲醛,90分钟内将甲苯(30ppm)完全去除。碱金属的插入促进了钨酸铋片层结构的分裂,缩短了薄片之间的距离,有利于载流子的分离和运输。同时,碱金属的插入也会导致氧空位的增加。氧空位是缺电子位点,可成为电子捕获的中心,从而抑制光生载流子的复合。通过DFT计算发现,碱金属插层的钨酸铋对VOCs、H2O和O2有强吸附作用,可以促进生成更多·OH和·O2-自由基。本文还探讨了湿度、自然光及循环条件下对VOCs降解速率的影响。Na-Bi2WO6催化剂在九次重复使用后,对VOCs的降解效率仅降低4%,且反应过程中不产生苯等有毒污染物,可实现甲苯完全脱毒。该Na-Bi2WO6基底尺寸可调可控,去除甲苯性能高效且持久,是优良的光催化剂。(2)以钨网为基底和钨源,通过水热法掺杂Cu离子和负载Ti O2制备了Cu-Bi2WO6@Ti O2复合光催化剂。Cu2+的掺杂能有效的拓宽光吸收边,并且促使Bi2WO6半导体缺陷能级生成,有利于二氧化钛导带上的电子向钨酸铋的价带上迁移,在异质结内部猝灭,进而实现光生载流子的高效分离以及羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)的生成。不仅如此,0D Ti O2纳米颗粒和2D Bi2WO6纳米片构建了三维结构,结合了两种不同维度材料的优点,进一步增大比表面积,有更丰富的活性位点。并且Bi2WO6和Ti O2之间形成了Z型异质结,点与面结合的异质结可以最大限度的利用光源,高效的降解可挥发性污染物。实验结果表明在可见光的激发下,性能最优Cu-Bi2WO6@Ti O2在90 min内对甲苯(30 ppm)降解率达到了97.3%,CO2转化率为93.6%。且9次循环实验后,光催化剂的催化性能仅下降了3.5%。通过探究Cu-Bi2WO6@Ti O2在自然光和不同湿度条件下的催化活性,揭示了该催化剂氧化甲苯的降解机理与重要影响因素作用机制。
其他文献
随着全球经济和工业化的飞速发展,由此造成的重金属离子污染已成为人类目前面临的关键威胁之一,建立起一套完备的重金属污染预警机制显得尤为重要。在去除环境样品中的重金属离子之前,快速且精准的检测重金属物质的含量是一切污染防治工作的前提。当前,重金属离子的检测手段主要有高效液相色谱法(HPLC)、原子吸收光谱法(AAS)、紫外可见分光光度法(UV)等,其检测步骤繁琐耗时且预处理过程复杂,并不便于现场大批量
学位
垃圾渗滤液是一种具有高氨氮和高浓度有机物的污水,直接排放会对周围的水体及环境造成严重污染,会对人类生活带来巨大影响。利用微藻去处理垃圾渗滤液是一种非常有前景的方法,不仅可以实现污染物的去除,还能实现资源化和CO2减排。但微藻在未经处理的垃圾渗滤液中生长状况和处理性能往往很差,这是由于垃圾渗滤液具有高色度、高游离氨和大量大分子有机物,会对微藻的生长产生抑制作用。为了减轻垃圾渗滤液对微藻的抑制作用,促
学位
农用化学品(化肥和各种杀虫剂)对粮食增产做出了巨大贡献,然而农用化学品的过度使用也不可避免地导致了农业面源污染诸如水体和土壤盐渍化等环境问题。为了解决农用化学品过量投加导致的环境二次污染问题,迫切需要采用生态可持续措施。内生菌来源于健康植物,具有促生特性且能缓解盐环境等非生物胁迫,无二次污染的风险,将其作为生物肥料应用于农业生产中具有广阔前景。因此,本研究以超累积植物龙葵茎内分离出的内生菌Baci
学位
因成分复杂性和在环境中的积累性,环境有机污染物在复杂基质中的分析检测受到科技工作者的广泛关注。我国作为农药使用大国,农业生产过程中的施用会导致农药在环境多种介质中残留。一些农药经过一段时间的降解、代谢后,在环境中微量残留并通过生物链发生积累效应,最终对生物体和人类健康造成影响。因此,为了准确地分析测定复杂环境样品基质中的农药残留,建立合适的样品前处理技术对其中的痕量组分进行萃取和分离富集显得十分重
学位
养殖业作为农村社会经济发展的主要增长点和支柱产业,在近几年来得到了飞速发展和不断扩张。这导致养殖场所产生的污染物也逐渐增加,造成严重的资源浪费和环境污染,其中,最为明显的是磷资源的浪费。我国既是一个贫磷大国也是需磷大国,而磷的随意排放,加重了我国磷匮乏的危机,因而对磷的回收显得尤为迫切。与其他磷回收技术相比,磷酸铵镁结晶(MAP)技术由于可以将磷转为磷酸铵镁,使其作为缓释肥运用于农业生产中而受到国
学位
稀土元素有21世纪战略性金属之称,被广泛应用于电子设备、汽车、航空、能源等领域。在稀土元素开采过程中会将大量的硫酸铵残留在矿体中,雨水冲刷矿体后使具有酸性的高氮低碳的稀土矿尾水流入河流地下水,这种废水是稀土行业一个尚未解决的严重环境问题。稀土矿尾水低C/N水质使得常规的环境微生物(如活性污泥、微藻)难以正常生存,此废水相对单一的营养结构使得在处理时难以避免复杂的预处理,从而导致较高的处理成本。本文
学位
人类社会活动的日益增加和现代工业的飞速发展,不仅加剧了煤炭、石油等化石能源的消耗,还造成了CO2等温室气体的超额排放,严重破坏了自然界固有的碳平衡。为推进“碳达峰”与“碳中和”目标的实现并在一定程度上缓解能源危机,利用太阳光将CO2转化为高附加值的碳氢化合物是解决上述问题的理想策略之一。迄今为止,已报道的CO2还原光催化材料仍然存在催化活性中心数量较少,光生载流子复合率高等不足。由于活性中心在光还
学位
木质素是自然界中最丰富的天然芳香聚合物。由于其复杂且稳定的结构,往往被丢弃或直接燃烧,不仅浪费资源,还污染环境。光催化是实现温和条件下木质素解聚的绿色可持续策略。针对木质素非均相光催化转化研究中存在的固体催化剂比表面积小、催化剂光催化活性差及木质素结构中Cα-Cβ键难以裂解等关键科学问题,本论文开展了氮化碳的改性设计及其光催化选择断裂油茶果壳乙醇木质素Cα-Cβ键的应用研究。本论文主要研究内容及相
学位
膜法水处理相较于传统水处理方法而言,具有能耗低、工艺简单、运行稳定和出水水质优等诸多优势,但其在工程化应用过程中易被污染,尤其是不可逆的微生物污染,会导致膜分离效率迅速下降;因此,探索膜生物污染的控制技术与策略,对发展高性能超滤膜具有重要意义。纳米银材料具有优良稳定性、杀菌高效广谱和细菌难产生耐药性等优点,通过使用纳米银对膜进行修饰改性,可提高膜的亲水性,调节膜表面的粗糙度,进一步强化膜的抗菌耐污
学位
土壤p H和铁氧化物等理化性质以及土壤重金属来源是影响碱性钝化剂对红壤(及红壤母质发育的农用地)中Cu、Cd阻控效果的关键因子。研究逆境条件下碱性钝化剂对土壤中Cu、Cd作用效果与机制对恢复受污染农用地的生态服务功能,实现农用地的安全利用有重要意义。因此,论文选用铜冶炼厂周边Cu、Cd积累性污染水稻土和人工配制Cu、Cd突发性污染红壤两种土壤为供试对象,首先采用石灰石(LS)、生物炭(BC)和铁改
学位