基本信息
- 項目名稱：
- 鈷取代雜多催化劑的合成制備與可見光催化性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本研究在探索鈷取代雜多陰離子PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)可見光催化作用的基礎(chǔ)上制備了新型固體可見光催化劑PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基體表面的固體薄膜可見光催化劑，并應用于有機污染物羅丹明B(RhB)的可見光和太陽光催化降解，取得了明顯的光催化降解效果，從而為利用太陽光能降解去除水體有機污染物開辟了新穎途徑。
- 詳細介紹：
- 旨在開發(fā)利用太陽光能，高效低耗去除水體有機污染物，本研究以Keggin型過渡金屬鈷取代雜多化合物 PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)的可見光催化性能為基礎(chǔ)，制備了新型固體可見光催化劑PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基體表面的固體薄膜可見光催化劑，并應用于有機污染物羅丹明B(RhB)的可見光和太陽光催化降解，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水溶液僅需可見光照30 min，RhB的降解率即達到100%，重復使用5個循環(huán)后，PW11Co/TiO2的可見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水溶液可見光照70 min，RhB的降解率達100%；太陽光照120 min，RhB的降解率為95%。因此，所開發(fā)的新型固體可見光催化劑PW11Co/TiO2有可能在利用太陽光能降解去除水體有機污染物方面得到應用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- PW11Co顯粉紅色，能吸收太陽光中的藍綠光，可能是性能優(yōu)良的可見光催化劑。因此，本文擬合成PW11Co，在研究其均相可見光催化性能基礎(chǔ)上，將它負載于TiO2制備PW11Co/TiO2新型固體可見光催化劑，并研究對RhB的可見光和太陽光催化降解效果，同時將PW11Co/TiO2涂覆在玻璃基體表面的薄膜上，評估其光催化性能和太陽光催化降解效果，為新型催化劑在實際水處理中的應用奠定實驗和理論基礎(chǔ)。
科學性、先進性及獨特之處
- 本文用嚴格的實驗方法和先進的手段合成制備和證實了PW11Co均相可見光催化劑和PW11Co/TiO2固體可見光催化劑對RhB光降解的可見光催化活性和顯著效果，提出了光催化作用的機理，并闡明了光催化作用的本質(zhì)和各種因素影響的規(guī)律，具有很強的科學性。所制備的PW11Co/TiO2固體可見光催化劑催化活性高，催化性能穩(wěn)定，在性能方面具有國際先進性，在材料性質(zhì)方面具有獨特性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 作品所開發(fā)的PW11Co/TiO2固體可見光催化劑，用于RhB的可見光和太陽光催化降解，效果明顯，性能穩(wěn)定，有可能在利用太陽光能去除水體有機污染物方面獲得實際應用。同時，研究過程所揭示的各種因素對降解速率的影響規(guī)律和催化作用的本質(zhì)對于新型催化劑PW11Co/TiO2轉(zhuǎn)化為實際應用技術(shù)也具有重要的理論指導意義。
學術(shù)論文摘要
- 以Keggin型鈷取代雜多陰離子PW11Co為光催化劑，有機染料RhB為模型污染物，研究了PW11Co對RhB的均相可見光催化降解作用，考察了RhB和PW11Co濃度以及溶液pH對RhB光催化降解速率的影響，并用可見吸收和熒光發(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水溶液在可見光照射下反應120 min，RhB 的降解率達100%，總有機碳去除率約 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進行了表征。用TG-DTG和固體漫反射紫外-可見吸收光譜研究了PW11Co/TiO2的熱穩(wěn)定性及光吸收性質(zhì)，并將PW11Co/TiO2應用于RhB的異相可見光催化降解，結(jié)果表明10 μmol?L-1RhB水溶液僅需光照30 min，RhB的降解率即達到100%，重復使用 5個循環(huán)PW11Co/TiO2 的可見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光和太陽光下催化降解RhB的性能。
獲獎情況
- 2011年海南省第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽自然科學類一等獎
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 近年來，高級氧化技術(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)，因為它具有價格低廉、穩(wěn)定性高、處理效果好等優(yōu)點。但TiO2的禁帶寬為3.2 eV，只能吸收在太陽光中占5%左右的紫外光，太陽光能的利用率較低，因此尋求可見光范圍內(nèi)的光催化劑成為了人們研究的焦點和熱點。一方面是TiO2的改性研究，例如通過摻雜或染料光敏化等方法使TiO2的光吸收范圍擴展至可見光區(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及復合物PANI/BiVO4等。雖然這些光催化劑都能吸收一定波長的可見光催化降解有機污染物，但效果并不十分理想。一方面是由于結(jié)構(gòu)比較簡單的限制，這些催化劑的可見光吸收波長范圍比較窄，太陽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污染物達到完全降解的時間比較長，因此，如何縮短有機污染物達到完全降解的時間仍然是一個要解決的問題。
