介孔多酸/石墨烯/二氧化钛三元复合光催化剂的制备及其处理富营养化水体的应用研究

A series of mesostructured H3PW12O40/graphene/TiO2 ternary photocatalysts will be prepared by a single step sol-gel method combine with hydrothermal treatment and nonionic-surfactant-templating technique. These composites exhibit higher quantum efficiency, narrower band gap energy, and larger surface area compare with TiO2 due to the introduction of H3PW12O40 and graphene. As a green and efficient photocatalyst, these composites exhibit exciting photocatalytic activity under simulated sunlight or visible light irradiation, which have important value for research and broad prospects for market development. The photocatalytic activity of as-prepared materials is evaluated by the degradation of the aqueous organic pollutant under simulated sunlight or visible light irradiation. On the other hand, the operating conditions of photocatalytic reaction, the mineralization and degradation pathway of aqueous organic pollutant, and the stability of the catalyst recycling are also researched. Finally, through Poyang Lack water treatment, the ability of as-prepared materials for eutrophic water treatment is evaluated by the changes of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), chemical oxygen demand (COD) and chlorophyll A concentrations in the process of photocatalytic reaction.

本项目拟通过一步溶胶-凝胶法结合水热合成及非离子型表面活性剂模板技术制备出一系列具有介孔结构的多酸/石墨烯/二氧化钛三元复合光催化剂。由于多酸和石墨烯的引入，此类复合材料解决了传统光催化剂二氧化钛在实际应用过程中存在量子效率低、带隙能高、比表面积小等问题，在模拟太阳光或可见光条件下显示出优异的光催化活性，是一类真正意义上的绿色高效光催化剂，具有重要的研究价值和广阔的市场开发前景。本项目还分别通过在模拟太阳光和可见光条件下处理含单一有机污染物的废水来测试复合光催化剂的活性，确定光催化反应的工艺操作条件，考察目标有机污染物的矿化程度和降解机理以及光催化剂在循环使用过程中的稳定性。最后，本项目以处理鄱阳湖水样为例，通过监测水体中总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）以及叶绿素A的浓度变化，评价此类复合光催化剂处理富营养化水体的性能。

在本项目的研究中，研究团队主要围绕二氧化钛和氮化碳基新型复合半导体光催化材料的开发以及所制备复合材料在有机废水处理的应用方面开展了一系列研究工作。在新材料开发方面，研究团队通过各种制备手段如水热法、自组装法、模板法等相结合的方式制备出了一系列具有较高可见光光催化活性的复合光催化材料，并对所制备材料的形貌、织构性质、组成与结构信息以及光电特性进行了详细表征。在材料应用方面，研究团队使用所制备光催化剂，对各种典型水中有机污染物的降解、矿化及降解机理进行了深入研究。另外，研究团队还测试了部分活性较高的复合光催化材料在实际富营养化水体处理以及降解有机污染物同时产氢过程中的效果，近一步提高了所制备复合材料的实际应用价值。