特殊形貌TiO2與納米碳材料復合催化劑的制備及污水凈化性能研究.pdf

1、環(huán)境和能源問題是人們亟需解決的兩大難題，如何處理非自然高毒性、低濃度的污染廢水是環(huán)境領域的重要研究課題。半導體光催化劑因其無毒、綠色且效果好成為處理污染廢水的重要手段之一。傳統(tǒng)的TiO2光催化劑雖然無毒穩(wěn)定、光催化效果好而倍受青睞，但是其禁帶寬度大，僅被紫外光激發(fā)等缺點阻礙其實際應用推廣。針對這個問題，本文通過簡單的水熱法合成了具有特殊形貌的TiO2，將其與穩(wěn)定性高、強度好、比表面積大的于石墨烯和碳納米管復合，成功制得了TiO2/C復合

2、催化劑，并分別應用于含油廢水和水體中持久性污染物的去除。具體的研究內(nèi)容如下：
　　(1)將傳統(tǒng)的堿水熱法上進行改進：在持續(xù)攪拌的條件下，以NaBH4為還原劑，一步水熱成功制得了TiO2納米線/rGO復合催化劑粉末前驅體，粉末烘干后以氮氣為保護氣體，在較低的溫度下使用普通的電阻式管式爐煅燒出晶型結構完整、比表面積大的銳鈦礦型TiO2納米線/rGO復合催化劑。通過調節(jié)不同還原劑的摩爾比，探索出最佳的制備條件。將制備出的復合催化劑應用于

3、含油廢水的油污吸附，通過測定廢水的COD值來判斷油污被吸附的含量。實驗表明當還原劑添加量為100 mmol/L時復合催化劑吸附油污的效果最好，持續(xù)增加含油廢水的催化劑含量其相應COD持續(xù)減小，當催化劑含量為3 g/100ml時，油污去除率已達85.9％。實驗中還考察了催化劑的自凈化能力，通過紅外測試證明催化劑在陽光照射下具有一定的自凈化能力。
　　(2)使用二乙烯三胺(DETA)為表面活性劑、鈦酸四丁酯為鈦源，通過簡單的水熱反應合

4、成了具有特殊形貌的、比表面積大的多級分層TiO2微球；而后和不同質量的碳納米管(CNTs)復合，成功制備出不同比例的TiO2/CNTs復合催化劑。利用碳納米管(CNTs)優(yōu)異的電子傳輸能力，在TiO2微球之間形成電子傳輸網(wǎng)絡，將此二元復合催化劑應用于水環(huán)境持久污染物4NP的去除，經(jīng)實驗分析得出當碳納米管(CNTs)的添加量為5%時，4NP降解效率達到了97%，光催化效果最好且具有良好的穩(wěn)定性。實驗中還討論了不同濃度、pH等因素對4NP降

5、解效果的影響，得出4NP濃度為5 mg/L~10 mg/L、pH=3時有著最佳降解效果；并研究發(fā)現(xiàn)在降解過程中羥基自由基(·OH)起主要的作用，超氧負自由基(·O2-)和光生空穴(h+)起次要作用。
　　(3)實驗中還研討了苯環(huán)上取代基對苯酚類化合物催化效果的影響，將對硝基苯酚、對氨基苯酚和2-氯-4-氨基苯酚三種擁有不同取代基的苯酚類化合物在相同的條件下模擬太陽光下進行光降解，我們發(fā)現(xiàn)降解效率與苯環(huán)上取代基的供/吸電子性質相關，