纳米碳/TiO2复合光催化材料的制备及其在印染废水处理中的应用

摘要

我国正处于工业化和城镇化的快速发展时期，印染行业在不断地发展，每年印染废水的排放量也随之增大。污染物的大量排放严重影响了人们的生活环境，并已对人类健康造成威胁。传统印染废水处理技术普遍存在成本高、周期长，处理效果差的缺点，因此亟待开发一种效率高、能耗低、适用范围广、环境友好的印染废水处理技术。光催化技术是对传统化学氧化法的加强和改进，该技术可以直接利用清洁可再生的太阳能催化氧化污染物，且对污染物的选择性低，矿化程度高，这使其在污水处理领域极具优势。
　　二氧化钛作为典型传统光催化材料的代表，具有低毒、廉价、稳定性好等优点，但同样存在缺点，它因带隙较宽只能利用紫外光，加之量子产率低，极大制约了它的应用前景。因此，通过对二氧化钛适当改性来拓展其可见光吸收，提高光催化活性颇具意义。改性的方法有很多，与碳材料复合是一种很可行的方法，既可以提高其可见光吸收，又可以增强对降解物的吸附性能。对此，本文从碳材料复合入手，主要的研究成果如下：
　　（1）利用具有亲水基团的 C60-(COOH)n与 TiO2通过超声-旋蒸混合的方法合成了一种新型光催化剂TiO2-C60，在可见光下展现出了优良的光催化活性，我们通过XRD、DRS、TEM等手段对催化剂进行表征，且通过催化降解罗丹明B来测试其催化能力，降解结果表明，相比于TiO2，TiO2-C60在可见光下展现出更为优良的催化活性，此外通过对罗丹明B的多次重复降解，TiO2-C60展现出优良的稳定性和再现性。
　　（2）利用 GO高温还原和钛酯高温水解同时进行的方法合成了一种新型光催化剂 TiO2-rGO，在可见光下展现出了优良的光催化活性，我们通过XRD、DRS、TEM等手段对催化剂进行表征，且通过催化降解罗丹明B来测试其催化能力，降解结果表明, TiO2-rGO在可见光下展现出以往 TiO2所不具有的优良的催化活性，此外通过对罗丹明B的多次重复降解，TiO2-rGO展现出优良的稳定性和再现性。
　　（3）为了进一步探究两种复合催化剂对印染废水的光催化降解能力，本文特地选取了几种常见类型的典型染料作为光催化降解对象，在催化降解试验中，我们发现在可见光下两种复合催化剂对各类染料都有不错的催化效果，不但吸附能力强于TiO2（P25），在催化效果上也比TiO2（P25）优越不少。结合两者的吸附性能和催化效果对比来看，无疑TiO2-C60占尽优势，它无论在吸附性能上还是催化效果都较TiO2-rGO稍强，但是综合考虑到经济成本及性价比等因素，TiO2-rGO却是我们的首选。此外通过在太阳光下对染厂收集的印染废水的降解测试，TiO2-rGO展现了优越的催化效果，其降污的实用性也得到了进一步认可。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米TiO2的晶体结构及性能

1.3 纳米TiO2低温合成的研究进展

1.4 纳米TiO2掺杂改性的研究进展

1.5. 本论文的目的、意义及研究内容

第二章 实验部分

2.1 化学试剂及仪器

2.2 光催化剂的制备

2.3 光催化剂的表征

2.4 光催化剂的催化性能测试

2.5. 光催化剂稳定性测试

2.6. 光催化剂催化原理的探究

第三章 TiO2-C60的结构表征和光催化降解研究

3.1. TiO2-C60的结构表征

3.2. TiO2-C60催化性能的研究

3.3. TiO2-C60催化稳定性的研究

3.4. TiO2-C60催化机理探究

3.5. 本章小结

第四章 TiO2-rGO的结构表征和光催化降解研究

4.1. TiO2-rGO的结构表征

4.2. TiO2-rGO催化性能的研究

4.3. TiO2-rGO催化稳定性的研究

4.4. TiO2-rGO催化机理探究

4.5. 本章小结

第五章 降解染料的实用性研究

5.1. 活性染料

5.2. 酸性染料

5.3. 分散染料

5.4. 阳离子染料

5.5. 直接染料

5.6. 太阳光下光催化性能测试

5.7. 本章小结

第六章 总结及展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果及荣誉

致谢