光催化与Fenton反应协同体系在环境净化中的应用

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chrisjane
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随着经济的发展,科技水平的提高,环境上的问题越来越严重,受到了人们广泛的关注,在传统的污水处理以及空气净化的方法中,由于安全、简单、清洁等特点,利用新型的高级氧化过程(AOTs)降解难处理的污染物己经成为国内外研究热点。其中光催化技术以反应条件温和、能耗低、二次污染少,Fenton反应以可以降解难降解的污染物等优点受到广泛的关注。但单一法处理污染物面临着处理成本高、降解不彻底等问题。因此为了避免这些弊端,多种AOTs的联用技术受到了研究者的重视。其中光催化剂与Fenton氧化技术相结合利用其协同作用可以大大提高废水或者废弃中污染物矿化效率,因此其作为一种新的复合氧化技术在处理环境问题中占有重要地位。将光催化与Fenton反应结合,相比单独技术有更高的氧化矿化性能,能大大的加快反应速率和效率,减少氧化剂的使用量,降低成本,拓宽反应PH范围等优点。其协同作用主要体现在两方面:(1)光催化产生的电子对Fe3+的还原有促进作用,提高了Fe2+的浓度,促进了Fenton反应的的进行。(2)Fenton反应中的H2O2与光生电子反应降低了电子-空穴的复合率,提高光催化降解效率。由于协同作用的存在,使得污染物的降解效率大大增加,因此,本论文主要的研究内容如下:1.MoS2@CuS光催化剂的制备及其与类Fenton试剂协同作用净化污水性能的研究采用微波辅助合成技术,成功制备了包裹状的MoS2@CuS复合光催化剂。片状的MoS2纳米片包裹在管状的CuS表面,其独特的结构,一方面增加了催化剂对光的吸收,另一方面这种包裹结构在某种程度上抑制的催化剂中Cu离子在反应过程中的流失,提高了材料的稳定性。本章还通过对比单独的光催化,单独的Fenton反应以及光催化和Fenton反应的复合体系证明了复合体系对Rhb的降解作用不只是Fenton试剂氧化与光催化氧化的简单加和,它们之间存在一种协同作用。最后提出了光催化与类Fenton反应之间的协同机理。提出复合体系活性有很大程度的提高是由于体系中同时大量产·OH与·O2-两种活性物种,并且通过不同气氛下的活性对比以及ESR的分析,进一步证明了复合体系的协同机理。2.Fe@C3N4-OH光催化剂的制备以及利用固气Fenton反应原理氧化NO的研究通过制备Fe离子沉积的含羟基的C3N4,首次提出了将固气相Fenton反应原理应用在NO氧化中,利用Fenton反应产生的具有强氧化能力的·OH将NO氧化,实现了高效率的NO降解,并且通过实验证明了NO氧化体系中的H2O的存在提供了反应中所需的羟基,当反应中消耗的羟基和产生的羟基达到平衡后,NO降解活性达到平衡,从而解决了固气相Fenton反应稳定性的问题。最后提出并证明了固气相Fenton反应氧化NO的原理3.FeOOH量子点/介孔C3N4光催化剂的制备以及利用光催化与表面Fenton反应之间的协同作用降解水体污染物的研究本部分制备了FeOOH量子点/介孔C3N4复合光催化剂,利用介孔C3N4表面的含氧集团通过C-O-Fe键的形式将FeOOH量子点紧密接触在介孔C3N4的表面。通过FeOOH量子点/介孔C3N4复合催化剂与HA之间的相互作用首次提出了光催化与表面Fenton反应的协同体系,利用其协同作用稳定、高效的降解水体污染物。将光催化与表面Fenton反应结合,利用其协同作用不仅提高了降解活性,还解决了非均相Fenton体系中最大的问题:Fe离子的流失问题。表面Fenton反应中使得Fe离子之间的转换只发生在材料的表面,从而解决了反应中Fe离子的流失的问题,提高了材料的稳定性。并且通过实验证明了提出的光催化与表面Fenton反应的协同机理。
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