ACF负载复合光催化材料的制备及其废水净化研究

摘要

光催化材料纳米 TiO2因其较强的光催化氧化还原能力、价廉、无毒和物化性质比较稳定等优点受到科学家的关注。然而它的禁带较宽(3.2 eV)，仅能吸收紫外光，对可见光无响应，光生电子-空穴对易复合。TiO2粉体颗粒粒径微小，表面活性大，分散于工业废水、废气中时难以分离回收在实际应用方面受到限制。为克服这些限制因素，解决粉末催化剂使用后难以回收，催化剂的颗粒之间容易发生团聚现象以及比较差的稳定性的缺点，结合TiO2的优点，利用活性炭纤维(Activated carbon fiber，简称ACF)比较大的比表面积、较强的吸附性能以及作为催化剂载体的功能，通过物理化学方法将二者结合，以提高光催化材料TiO2与目标污染物质的接触频率，从而在ACF-TiO2复合物表面产生一个底物的富集环境，来提高去除污染物的效率。 论文首先采用经过活化的ACF 作为吸附剂载体，TiO2作为基本的光催化材料，通过溶胶-凝胶浸渍法和粉体烧结法，制备 ACF 负载的二氧化钛光催化材料(TiO2/ACF)。为将 TiO2的光谱响应范围由紫外光区拓展到可见光区，对其进行掺杂改性，最终制备出Ag/TiO2/ACF和Ag/TiO2/β-CD/ACF复合光催化材料。通过苯吸附、BET、SEM、TEM、EDS、XRF、FT-IR、XRD、TGA和UV-vis等方法，分析ACF样品孔结构变化以及光催化材料的微观形貌、元素组成、分子结构、失重情况及吸光性能。结果证明：ACF活化后微孔结构增多，并且成功合成了TiO2/ACF、Ag/TiO2/β-CD和Ag/TiO2/β-CD/ACF复合光催化材料。由于光催化剂和 ACF 之间的协同作用，大幅度提高了复合材料的光催化活性，在可见光下30 min内其对RhB的脱色率近似达到100%。复合材料经回收再生可循环使用，循环使用率达81%以上。通过实验室降解实际废水实验可以对复合光催化剂在实际工业废水处理方面的应用提供思路。

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