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光催化剂在根治环境污染,开发环境友好型、资源节约型化工技术中发挥着关键作用,因此光催化剂的实用化研究一直受到科研工作者们广泛关注,已成为研究热点之一。本文针对光催化剂杂多酸在以往光催化技术中存在的只能利用紫外光、难回收和光催化活性低等缺点,紧紧围绕制备对太阳光响应的高效光催化剂这一核心,在充分理解了染料废水和杂多化合物的物化特性及其相互作用机理的基础上,分别合成了复合型三元光催化剂和有机-无机杂化型光催化剂,系统的研究了其光催化活性,考察了影响光催化的主要因素和催化剂的回收利用率,并利用BP神经网络建立了光催化模型。具体研究内容如下:
(1)通过溶胶-凝胶法与浸渍法成功合成了耐水型复合型三元光催化剂:H4PMo11VO40/TiO2-Ag、H4PMo11VO40/TiO2-CuO和H4PMo11VO40/TiO2-NiO。首先通过分步酸化及乙醚萃取法制备磷钼钒酸,利用溶胶凝胶法制备出二元化合物TiO2-M(M=Ag,CuO,NiO),最后采用浸渍法将杂多酸与二元化合物复合在一起,150℃下活化3h得到三元光催化剂。采用IR、SEM、JW-BK比表面仪和XPS对样品进行了表征。通过在紫外灯和太阳光下对亚甲基蓝的降解,比较一元、二元三元催化剂的活性,初步探讨催化活性提高的原因。选择其中催化活性最高的光催化剂,对影响光催化的主要因素和催化剂的重复使用率进行了考察。结果表明:复合型三元光催化剂在太阳光照射下均有较高的光催化活性,且回收利用率高。
(2)室温液相条件下成功合成了有机-无机杂多化合物催化剂:[C16H33(CH3)3N]3PW12O40和(C21H38N)3PW12O40。采用IR、SEM、JW-BK比表面仪、XPS对样品进行了表征。考察了光催化剂的催化活性,探讨了催化活性提高的原因,最后考察了催化剂的重复使用率。研究结果表明:所合成的有机-无机杂多化合物催化剂在太阳光照射下均有较高的光催化活性,且回收利用率高。
(3)利用BP神经网络建立了良好的光催化模型。以(C21H38N)3PW12O40为光催化剂的Box-Behnken设计实验数据和H4PMo11VO40/TiO2-CuO为光催化剂的正交实验数据共建立了4个光催化模型。结果表明:在选择了适合的网络参数情况下,增加训练样本数有利于提高模型的预测精度和泛化能力。