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基本信息

項(xiàng)目名稱：
鈷取代雜多催化劑的合成制備與可見(jiàn)光催化性能研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本研究在探索鈷取代雜多陰離子PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)可見(jiàn)光催化作用的基礎(chǔ)上制備了新型固體可見(jiàn)光催化劑PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基體表面的固體薄膜可見(jiàn)光催化劑，并應(yīng)用于有機(jī)污染物羅丹明B(RhB)的可見(jiàn)光和太陽(yáng)光催化降解，取得了明顯的光催化降解效果，從而為利用太陽(yáng)光能降解去除水體有機(jī)污染物開(kāi)辟了新穎途徑。
詳細(xì)介紹：
旨在開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)光能，高效低耗去除水體有機(jī)污染物，本研究以Keggin型過(guò)渡金屬鈷取代雜多化合物 PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)的可見(jiàn)光催化性能為基礎(chǔ)，制備了新型固體可見(jiàn)光催化劑PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基體表面的固體薄膜可見(jiàn)光催化劑，并應(yīng)用于有機(jī)污染物羅丹明B(RhB)的可見(jiàn)光和太陽(yáng)光催化降解，取得了明顯的光催化降解效果，例如，在0.27g PW11Co/TiO2存在下，250 mL的10μmol?L-1RhB水溶液僅需可見(jiàn)光照30 min，RhB的降解率即達(dá)到100%，重復(fù)使用5個(gè)循環(huán)后，PW11Co/TiO2的可見(jiàn)光催化活性幾乎不變。在1.8×2.4 cm2 PW11Co/TiO2薄膜存在下，250 mL的10μmol?L-1RhB水溶液可見(jiàn)光照70 min，RhB的降解率達(dá)100%；太陽(yáng)光照120 min，RhB的降解率為95%。因此，所開(kāi)發(fā)的新型固體可見(jiàn)光催化劑PW11Co/TiO2有可能在利用太陽(yáng)光能降解去除水體有機(jī)污染物方面得到應(yīng)用。

作品圖片

  • 鈷取代雜多催化劑的合成制備與可見(jiàn)光催化性能研究
  • 鈷取代雜多催化劑的合成制備與可見(jiàn)光催化性能研究

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

PW11Co顯粉紅色，能吸收太陽(yáng)光中的藍(lán)綠光，可能是性能優(yōu)良的可見(jiàn)光催化劑。因此，本文擬合成PW11Co，在研究其均相可見(jiàn)光催化性能基礎(chǔ)上，將它負(fù)載于TiO2制備PW11Co/TiO2新型固體可見(jiàn)光催化劑，并研究對(duì)RhB的可見(jiàn)光和太陽(yáng)光催化降解效果，同時(shí)將PW11Co/TiO2涂覆在玻璃基體表面的薄膜上，評(píng)估其光催化性能和太陽(yáng)光催化降解效果，為新型催化劑在實(shí)際水處理中的應(yīng)用奠定實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本文用嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)的手段合成制備和證實(shí)了PW11Co均相可見(jiàn)光催化劑和PW11Co/TiO2固體可見(jiàn)光催化劑對(duì)RhB光降解的可見(jiàn)光催化活性和顯著效果，提出了光催化作用的機(jī)理，并闡明了光催化作用的本質(zhì)和各種因素影響的規(guī)律，具有很強(qiáng)的科學(xué)性。所制備的PW11Co/TiO2固體可見(jiàn)光催化劑催化活性高，催化性能穩(wěn)定，在性能方面具有國(guó)際先進(jìn)性，在材料性質(zhì)方面具有獨(dú)特性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

作品所開(kāi)發(fā)的PW11Co/TiO2固體可見(jiàn)光催化劑，用于RhB的可見(jiàn)光和太陽(yáng)光催化降解，效果明顯，性能穩(wěn)定，有可能在利用太陽(yáng)光能去除水體有機(jī)污染物方面獲得實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，研究過(guò)程所揭示的各種因素對(duì)降解速率的影響規(guī)律和催化作用的本質(zhì)對(duì)于新型催化劑PW11Co/TiO2轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用技術(shù)也具有重要的理論指導(dǎo)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

以Keggin型鈷取代雜多陰離子PW11Co為光催化劑，有機(jī)染料RhB為模型污染物，研究了PW11Co對(duì)RhB的均相可見(jiàn)光催化降解作用，考察了RhB和PW11Co濃度以及溶液pH對(duì)RhB光催化降解速率的影響，并用可見(jiàn)吸收和熒光發(fā)射光譜研究了PW11Co和RhB的相互作用，提出了PW11Co光催化作用的機(jī)理及PW11Co與RhB作用的方式。結(jié)果表明125μmol?L-1PW11Co+10μmol?L-1RhB水溶液在可見(jiàn)光照射下反應(yīng)120 min，RhB 的降解率達(dá)100%，總有機(jī)碳去除率約 34%。用溶膠凝膠法將PW11Co固載到TiO2上制備了PW11Co/TiO2固體光催化劑，并用紅外光譜和XRD、SEM進(jìn)行了表征。用TG-DTG和固體漫反射紫外-可見(jiàn)吸收光譜研究了PW11Co/TiO2的熱穩(wěn)定性及光吸收性質(zhì)，并將PW11Co/TiO2應(yīng)用于RhB的異相可見(jiàn)光催化降解，結(jié)果表明10 μmol?L-1RhB水溶液僅需光照30 min，RhB的降解率即達(dá)到100%，重復(fù)使用 5個(gè)循環(huán)PW11Co/TiO2 的可見(jiàn)光催化活性幾乎不變，顯示了PW11Co/TiO2的高效性和穩(wěn)定性。同時(shí)將PW11Co/TiO2涂覆在玻璃基體表面的薄膜上，分別考察了其在可見(jiàn)光和太陽(yáng)光下催化降解RhB的性能。

獲獎(jiǎng)情況

2011年海南省第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽自然科學(xué)類一等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

近年來(lái)，高級(jí)氧化技術(shù)中的光催化法在處理染料廢水方面?zhèn)涫荜P(guān)注，其中研究最廣泛的催化劑是二氧化鈦(TiO2)，因?yàn)樗哂袃r(jià)格低廉、穩(wěn)定性高、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。但TiO2的禁帶寬為3.2 eV，只能吸收在太陽(yáng)光中占5%左右的紫外光，太陽(yáng)光能的利用率較低，因此尋求可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光催化劑成為了人們研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。一方面是TiO2的改性研究，例如通過(guò)摻雜或染料光敏化等方法使TiO2的光吸收范圍擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)；另一方面是尋求新型的光催化劑，例如雜多酸鹽，ZnxCd1-xS固溶體, 鉍酸鹽NaBiO3，摻雜稀土的釩酸鹽Ag3VO4及復(fù)合物PANI/BiVO4等。雖然這些光催化劑都能吸收一定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光催化降解有機(jī)污染物，但效果并不十分理想。一方面是由于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的限制，這些催化劑的可見(jiàn)光吸收波長(zhǎng)范圍比較窄，太陽(yáng)光能的利用效率仍然不高；另一方面是這些催化劑用于光催化降解有機(jī)污染物達(dá)到完全降解的時(shí)間比較長(zhǎng)，因此，如何縮短有機(jī)污染物達(dá)到完全降解的時(shí)間仍然是一個(gè)要解決的問(wèn)題。
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