KNbO3复合物的水热合成及其声催化降解有机污染物的研究

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超声降解作为一种高级氧化技术(AOPs)被应用在污染物处理领域。与传统污染物处理技术相比,超声波具有很强的穿透力,超声降解更适合那些透明度比较低或不透明的废水的处理。然而,在实际应用中,单一使用超声照射处理污染物的效果并不好。因此,声催化过程中,我们常常使用声催化剂来提高声催化降解效率。铌酸钾被认为是一种具有潜在应用前景的半导体材料。在常温下具有良好的化学稳定性、高的反应活性、高可利用性、难溶于水、耐腐蚀性好、带宽较宽、无毒、被激发后光生电子和空穴具备很强的氧化还原性等优点,被应用在声催化降解领域的研究。然而,KNbO3粉末作为声催化剂存在一个弊端。由于KNbO3具有较宽的禁带宽度(Eg=3.3eV),在声催化反应的过程中,只有吸收高能量的光(短波长的光)才能被激发产生电子和空穴,从而显示声催化活性。令人遗憾的是在超声照射下,声致发光产生的光中,高能量的光只占一小部分。这说明,绝大数的光不能被KNbO3所利用。这导致KNbO3作为声催化剂,处理有机污染物的应用受到限制。为了克服KNbO3的缺陷,提高其声催化活性。一方面,我们将上转换发光剂Er3+:Y3A15O,2与KNbO3复合,进行声催化降解有机污染物的研究,并取得了一定的成果。这主要因为上转换发光剂可以吸收低能量的光子,产生高能量的光子。也就是说,上转换发光剂可以使不能被KNbO3直接利用的低能量的光转化成可以利用的高能量的光。另一方面,选择一个禁带宽度相对较窄的半导体材料与KNbO3复合提高声催化活性。这是因为禁带宽度较窄的半导体材料可以吸收波长范围较宽的光,声致发光产生的一部分长波长的光,可以直接被吸收。利用这两种方法制备的复合催化剂,既可以吸收高能量的光也可以吸收低能量的光,同时也抑制了光生电子-空穴的复合,拓宽KNbO3的光响应范围,从而提高了KNbO3声催化活性。在本研究中,我们通过水热的方法合成KNbO3粉末;使用溶胶-凝胶和高温焙烧的方法制备了上转换发光剂Er3+:Y3Al5012o用超声分散和高温焙烧方法制备复合催化剂Er3+:Y3Al5O,2/KNbO3和Er3+:Y3Al5O12AVO3制备的上转换发光剂和复合声催化剂分别通过XRD、SEM、EDX或XPS对其晶型、组成、表面形态进行表征。本论文主要研究以下三个内容,一、通过紫外-可见吸收光谱测量在KNbO3存在下染料的降解情况,并对影响KNbO3声催化活性的几种主要因素进行考察。二、研究了在超声照射下用Er3+:Y3Al5O12/KNbO3作为声催化剂,对氯胺酮进行降解。用GC-MS对氯胺酮的分解产物进行分析。三、我们通过声催化降解甲基苯丙胺研究了复合声催化剂Er3+:Y3Al5O12/WO3-KNbO3的声催化活性。此外,我们还考察了影响声催化剂催化活性的主要因素。例如:热处理温度、热处理时间、上转换发光剂和KNbO3质量比、超声照射时间等。通过对声催化剂性质的研究,我们发现,KNbO3作为一种有效的声催化剂,可以声催化降解有机染料,并具有一定的广谱性。通过KNbO3与上转换发光剂和窄带半导体复合而制备的复合声催化剂对氯胺酮和甲基苯丙胺的降解,证明复合声催化剂有很高的声催化活性。这些声催化剂在声催化处理有机污染物领域有潜在的应用价值,并为实现大规模处理有机污染物提供一种新的方法和途径。
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