基于铬酸银光催化剂制备及其光催化降解有机污染物机理探讨

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作者俞明亮
来源湖南大学
出版年2020
摘要
每年都有大量有机污染物排放到环境中,例如含有农药的废水和医疗生活垃圾等。在环境中有效地去除它们是至关重要的。2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)是一种典型的酚类有机污染物,常用作农药和医药中间体。到目前为止,研究人员已经探索了各种去除2,4-DCP的策略,例如:物理吸附、生物去除和光催化氧化等。光催化高级氧化技术被认为是一种有效的2,4-DCP处理方法,因为它对有机污染物具有极强的的氧化降解能力,甚至完全矿化大多数有毒化合物。Ag系半导体作为光催化剂家族的重要一员,其具有良好的光敏性和高电荷传输率,因此吸引了越来越多的关注。基于铬酸银的光催化半导体因其带隙低(~1.8 e V),出色的光敏性和独特的电子结构而被广泛用于环境净化。它在水氧化和有机污染物的降解中表现出突出的光催化活性。然而,基于铬酸银的光催化剂的主要问题是它们的光稳定性较差和较低的光活性阻碍了它们的广泛应用。本文制备了基于铬酸银的复合材料,并探究了光催化降解2,4-DCP的机理。通过构建Z型异质结和有机物偶联策略,合成了基于铬酸银的复合材料,进而提高了Ag2CrO4颗粒的光催化性能和稳定性能。在可见光照射下,测试了合成的基于铬酸银复合材料对2,4-DCP的光催化性能。根据实验和表征结果,讨论了光催化降解反应的可能机制。具体的实验结果如下:采用原位自组装策略合成了Z型铬酸银-聚苯胺(Ag2CrO4-PANI)复合材料。所得的Ag2CrO4-PANI复合材料在可见光下对水溶液中的2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)降解呈现了良好的光催化性能和稳定性能。PANI含量为6.0 wt%的最佳复合材料对2,4-DCP的降解表现出最高的光催化活性,其表观速率常数为0.0312 min-1,是Ag2CrO4和PANI的1.6倍和13.9倍。经过四次重复使用后,Ag2CrO4-PANI对2,4-DCP的光催化活性仍保持33%,而纯Ag2CrO4颗粒仅保持12%。增强的光催化降解活性主要归因于Ag2CrO4-PANI Z型异质结的形成,该Z型异质结不仅可以实现光生电荷载流子有效地空间分离,而且还保留了强大的氧化和还原能力。高的光催化稳定性是由于通过将Ag2CrO4的光生电子转移到PANI上而成功抑制了Ag2CrO4-PANI的光腐蚀。

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