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工业有机废水因其毒性大、成分复杂、不易降解等,而成为污水处理领域中的一大难题。采用半导体材料作为催化剂的光催化氧化法是近些年来在水处理技术中兴起的一种新技术,与传统的处理方法相比,其有高效、稳定、无二次污染以及对各类有机污染物特别是对那些不易生物降解的有毒污染物可以进行深度、彻底氧化的突出特点,除此之外,还具有可直接利用太阳能进行光化学转换的独特优势,因而成为世界各国催化领域研究的热点。 纳米TiO2是一种较为理想的光催化剂,具有无毒、活性高、成本低等特点,是人们普遍认为最有潜力的光催化材料。但由于纳米TiO2的禁带较宽,在紫外光下具有较高光催化活性,只能利用占太阳光中不到5%的紫外光,并且粉体催化剂易团聚,难回收,致使其应用受到了限制。针对纳米TiO2存在的缺陷,本论文分别采用溶胶-凝胶法和水热合成法对纳米TiO2进行泡沫炭负载和非金属掺杂改性,制备了具有可见光活性的光催化材料,并对光催化材料的制备条件进行了优化选择,并以偶氮类染料和碱性染料模拟废水为目标降解物,评价所制催化剂的光催化活性,得到了以下研究结果: 1.负载型纳米TiO2/泡沫炭光催化剂的制备。用钛酸四丁酯为钛源、溶剂为无水乙醇、抑制剂为冰醋酸,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/泡沫炭负载型光催化剂。最佳负载条件:溶胶浓度1∶8、负载次数2次、热处理温度500℃。通过XRD和SEM技术对不同热处理温度下所制备的催化剂进行了结构表征。结果表明,热处理温度为500℃时,主要以锐钛矿型存在,结晶良好,具有较高的光催化活性,所制备的TiO2/泡沫炭负载型光催化剂没有明显的TiO2粒子团聚现象,说明TiO2在泡沫炭上有良好的分散性。 2.负载型TiO2/泡沫炭(FC)光催化剂活性评价。以甲基橙为降解对象,观察了TiO2/FC的光催化性能。结果表明,甲基橙初始pH值均为4,初始浓度为15mg/L,光催化剂加入量均为0.1g时,卤钨灯照射240min后,光催化降解率达到85%,并且TiO2/FC负载型光催化剂在可见光区有一定的响应,其光催化降解反应基本符合一级动力学规律。 3.TiO2/FC催化剂进行掺杂改性研究。以硼酸为B源,硫酸为S源,采用水热合成法对TiO2/FC进行了掺杂改性探讨。结果表明,掺杂后的光催化剂结晶度良好,分散性好,没有出现明显的团聚现象。掺杂改性后的TiO2/FC催化剂的光谱响应范围明显向可见光区拓展,吸收边带出现红移现象,在400-500nm处吸收强度明显提高。B-S-TiO2/FC催化剂在可见光和紫外光的照射下均有良好的催化活性。紫外光照射150 min后甲基橙的降解率达95%以上;可见光照射240min后降解率达85%。 4.不同催化剂对比研究。以亚甲基蓝为降解对象,对四种不同的光催化剂的光催化活性进行了对比实验。结果表明,不论在可见光还是紫外光辐照下,B-S-TiO2/FC光催化剂都有很高的光催化活性。并且研究了其重复利用性,其光催化活性基本保持稳定。