负载型复合光催化材料的制备及其降解水中有机污染物的研究

TiO2、CdS及杂多酸（HPA）自身均为良好的光催化材料，但它们又各有不足，本项目拟利用TiO2和HPA 良好的光催化活性以及CdS的可见光激发特性，采用水热（溶剂热）、溶胶-凝胶和浸渍-烧结等方法，制备CdS-TiO2、HPA-TiO2和HPA-CdS等复合材料（HPA采用不同的磷钼钨杂多酸H3PMo12-xWxO40），以扩展TiO2的光谱响应范围, 提高HPA的光催化活性，改善CdS的光腐蚀现象，使单一材料的优势互补。同时，为改善纳米粉体材料在催化过程中难分离回收的问题，本项目尝试将这几类复合材料负载在沸石、黏土和硅藻土等天然矿物中，在相关表征的基础上，系统考察负载前后的复合材料对废水中包括染料在内的多种有机污染物的降解效果，利用天然矿物性质稳定、价格低廉和吸附作用强等优点，研发出可见光催化效率高并可多次回收使用的负载型复合光催化剂，提高其工业应用性。

随着印染工业的发展，染料废水对环境的危害日趋严重并已成为污水治理的难点，而光催化氧化技术在降解有机污染物方面具有突出的优势，成为当今光催化领域的研究热点之一。. 本课题采用水热或溶剂热法，制备了不同形貌（如纳米微球、纳米棒、脊骨状等）和尺寸的CdS纳/微米晶，对其进行了XRD、IR、SEM、TEM及N2吸附实验等表征；考察了它们对甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B、臧红T及甲基红等染料溶液的降解效果，探讨了光源类型（高压汞灯或太阳光）、体系pH值、催化剂用量、被降解液浓度等因素对降解效果的影响，获得了可以有效利用太阳光降解有机染料的CdS光催化剂。优化实验条件，筛选出光催化效果好的CdS样品，分别采用一步/两步溶剂热法或浸渍法，得到了不同配比的TiO2-CdS和HPA-CdS复合材料（HPA为杂多酸），在相关表征的基础上，以甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B及臧红T等染料的降解为模型反应，获得了具有良好可见光催化活性的复合材料。实验结果表明，用窄带隙CdS复合后的TiO2，拓展了TiO2的光响应范围，CdS/TiO2能有效利用可见光降解甲基橙、亚甲基蓝等有机染料；HPA-CdS复合材料的光催化效果也明显强于单一成分，HPA和CdS材料存在协同作用。. 采用水热合成法制备了具有较大比表面积和较高热稳定性的介孔分子筛MCM-41和MCM-48，将其作为载体负载不同类型的HPA（如磷钨酸，磷钼酸和硅钨酸），考察了负载型杂多酸催化剂对甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝等溶液的降解效果；制备了MCM-41和SBA-15介孔分子筛，用不同的硅烷偶联剂对分子筛进行了改性，在分子筛上原位合成并负载了CdS。适宜条件下，负载材料对甲基橙或罗丹明B的降解率可达95％以上，并且材料的重复使用效果较好。. 为改善单一或复合/负载材料的回收和利用效果，尝试将不同HPA或TiO2/CdS复合材料负载在磁性Fe3O4上。将HPA/Fe3O4磁性材料作为光催化剂，考察了光源类型、染料初始浓度及催化剂用量等因素对染料溶液降解效果的影响；利用静电纺丝与水热技术，获得了TiO2或TiO2/CdS 纳米纤维的磁性复合材料，对罗丹明B溶液的降解结果表明，紫外光照射下，Fe3O4@TiO2/CdS 磁性纳米纤维的光催化活性比Fe3O4@TiO2明显提高，这些材料更易于回收重复使用。