论文部分内容阅读
经济的快速发展给环境带来了日益严重的污染,尤其是广泛应用在兽药的抗生素,以及印染工业上的有机染料。这些多环有机物的稳定性较高,且难以生物降解,部分多环有机物还能使人致癌,这已经严重威胁到了人类的生活和湖泊、河流的生物体。因此,解决有害污染问题和保护生存环境是人类的一项艰巨任务。但是,传统的处理工艺很难降解多环有机污染物。降解多环有机污染物的最有效的方法是光催化技术。而在半导体材料中,二氧化钛因其稳定、无毒和成本低等优点成为了最有希望的光催化剂,备受广大研究者的喜爱。但是,TiO2较大的带隙（约3.2 eV）和较低的电荷分离速率限制了它的实际应用。MoS2、g-C3N4和H2TCPP在与TiO2复合后,都能拓宽TiO2对光的吸收范围。本论文的目的是提高TiO2的光催化降解性能,通过改性水热法,回流法以及煅烧法制备出MoS2/TNT@CNTs（MSTC）,g-C3N4/TNT@CNTs（CNTC）和H2TCPP/TNT@CNTs（HTTC）等三种三元复合物,同时也探索了高效催化剂对多环有机物的降解性能,最后对降解机理做出了假设推断,主要的研究内容如下:1.以P25和碳纳米管（CNTs）为原料,通过简单的改性水热法,成功制备出独特形貌的TNT@CNTs（TC）管,在管上进一步长出超薄MoS2纳米片。通过TEM、XRD、XPS、PL、BET、EPR等一系列的测试进行表征。结果表明,CNTs的存在使复合物吸附有机污染物的性能十分优异,三元复合物不是简单的物理混合,而是通过形成Ti-O-C键和Ti-O-Mo键等化学键连接,致复合物的性能更加稳定,有助于加速电荷转移,提高光催化降解性能。对于高浓度的MB和RhB溶液（30 mg/L）,在可见光照射50 min后,2种溶液的降解率高达98.7%和99.0%,分别是二氧化钛纳米管降解率的2倍和6倍。在光催化过程中起到主要的作用的是空穴和·O2-自由基,此外,MoS2和CNTs的共同作用有效的抑制了光生电子-空穴对重组,加速了电荷转移,显著提高光催化性能。2.通过煅烧法将厚度为3-4nm的g-C3N4纳米片负载在TNT@CNTs二元复合物上。通过一系列的测试表征,实验结果说明,CNTs和TiO2之间形成了Ti-O=C或者Ti-O-C键,而在g-C3N4和TiO2之间可能有Ti-N键或异质结的形成,这将加速电荷的转移,提高光催化降解有机污染物的性能。通过添加不同g-C3N4含量的催化剂性能对比,CNTC1样品催化性能最好,而过量的g-C3N4却抑制了电子-空穴对的分离,因此,适当的g-C3N4添加量有利于提高光催化性能。在可见光照射60 min后,三元复合物对MB和RhB溶液的移除率分别为98.2%和97.9%,大约是纯P25对染料降解的10倍。此外,机理验证实验说明,·O2-,·OH自由基和空穴共同参与了光催化降解染料溶液。3.通过简单水热法和回流法成功制备了HTTC三元复合物,原卟啉的掺杂提高了复合物的可见光响应和可见光的捕获能力。通过一系列测试表明,三元复合物之间形成了Ti-O-C键和Ti-O-C=O键等稳定化学键,这不仅提高了催化剂的稳定性,还促进了光生电荷的转移,有效抑制了电子-空穴对的重组,极大提高光催化性能。独特的中空管结构使三元复合物拥有高的比表面积,进一步提高催化剂对有机染料的吸附性能,从而提高对染料的移除率,在光催化降解过程中,h+,·OH和·O2-都是主要的活性种。通过模拟大阳光照射下,光催化降解RhB,MB和OTC的结果表明,复合物对MB和RhB溶液的降解率分别是纯的P25的降解率的61倍和8倍,这是卟啉、TiO2和CNT协同作用的结果。本论文以TNT@CNTs为载体,分别负载卟啉颗粒,g-C3N4纳米片和MoS2纳米片,除了研究复合物的形貌与性能外,还对降解机理进行分析研究。此外还考察了催化剂的实际应用,将催化剂直接投放于染料溶液中,在太阳光底下照射。这些研究工作给以后的研究者们提供了理论的指导和智力支持。