硝基酚类污染物在类石墨烯过渡金属二硫化物/银系化合物上光催化还原-降解研究

The negative induction effect of nitro group in the nitrophenols compounds (NPs) usually lead to inactivation of the benzene ring and make it difficult to be decomposed. In this project, advanced treatment technology research will be carried out to decompose such pollutants by activation of the benzene ring through reducing the nitro group into amino group firstly, and then photocatalytic degradation. The main content of this project includes: (a) synthesis of composite TMDs/SCs catalysts by using grapheme-like transition metal dichalcogenides(TMDs) as the substrate and in-situ growing silver-based compounds (SCs) nanoparticles. (b) revealing the structure-activity relationship between the microstructure of composite catalyst and the photocatalytic performance by using in-situ microscopic characterization methods. (c) studying on the influence of the photocatalytic reaction conditions on the degradation efficiency of NPs systematically and building reaction kinetics model. (d) studying the migration pathways of the photogenerated carriers and the role of the active free radicals to illustrate the mechanism of photocatalytic reduction- degradation reaction of NPs. (e) developing the “photocatalytic reduction- degradation” reaction technology to remove the pollutants like nitrophenols by using TMDs/SCs composite catalyst. The aim of this project is to provide technical support for the efficient treatment of the nitrophenols pollutants in the wastewater.

针对硝基酚类化合物（NPs）中硝基的吸电子效应使苯环钝化的结构特点，本项目拟开展将该类化合物中的硝基先还原成氨基使苯环活化，再进行光催化降解的深度处理技术研究。选取类石墨烯过渡金属二硫化物（TMDs）为基底，通过异相界面成核，在TMDs纳米片上原位生长银系化合物（SCs）纳米粒子，形成一体式复合催化剂TMDs/SCs。通过原位微观表征手段，揭示复合催化剂的微观结构与光催化性能之间的构效关系。系统研究光催化反应条件对NPs降解效率的影响规律，建立反应动力学模型。基于光生载流子的迁移途径和活性自由基作用研究，阐明NPs光催化还原-降解反应机理。针对工业废水中硝基酚类污染物的种类和结构特点，考虑实际水化学条件，构建TMDs/SCs复合催化剂对硝基酚类污染物“先还原后降解”的反应工艺，为该类污染物的高效深度处理提供技术参考。

本项目以去除水体环境中硝基酚类和抗生素类污染物为主要目标，以阳极氧化钛箔、钛网为基底，利用电化学沉积技术和异相水热晶体原位生长技术，在基底上负载Ag纳米粒子和过渡金属二硫化物（TMDs）纳米片,构建出能带结构匹配、高产活性自由基、可再生的TMDs/TiO2 NTs(TMDs/Ag/TiO2 NTs)纳米复合材料。利用这种纳米复合材料组建的功能电极，不仅可以暴露更多的活性位点与目标污染物分子接触，还能形成肖特基结和异质结，促进光生电子和空穴的分离，提高光量子产率；其三维立体结构可以提高对太阳光的吸收能力，在外加偏压作用下，增大光生电流密度，进而提高光电催化反应效率。此外，本项目还利用准一级动力学方程和Langmuir- Hinshelwood模型，深入研究了硝基酚类和抗生素类污染物在TMDs/TiO2 NTs(TMDs/Ag/TiO2 NTs)表面的光催化降解动力学规律。通过研究光催化机理发现，本项目合成的纳米复合材料为直接 Z-型异质结构。该异质结在表现宽光谱响应、高光生载流子分离效率和高稳定性的同时，还具有很强的氧化还原能力。这些纳米复合材料在开发新型光催化剂处理废水中的硝基酚类和抗生素类污染物方面具有广阔的应用前景。