用于有机污染物高效吸附-降解的二氧化钛基复合功能纳米材料研究

本申请针对有毒有害有机污染物的纳米去除技术开展基础性研究：拟采用简单的电化学技术，在二氧化钛纳米管阵列上构建具有特定形貌、晶体结构和成分的硫属半导体功能纳米材料；重点研究复合功能纳米材料的结构控制技术以及材料结构与性能的关系;构建具有精细界面结构的复合功能纳米材料，研究在可见光照下提高复合材料光电活性和对有机污染物吸附-催化活性的途径；开展纳米材料对有机污染物富集、催化降解和响应的探索研究；建立污染物在半导体纳米材料界面反应的原位表征方法；研究有机污染物在半导体光电纳米材料上的富集、传质、迁移等微观界面过程；发展出太阳光下高效、长效去除有机污染物的复合功能纳米材料。

本项目针对有毒有害有机污染物的纳米去除技术开展基础性研究，采用简单便捷的电化学、化学修饰技术，以二氧化钛为基础材料，具有复合组分、特定形貌和晶体结构分的功能纳米材料应用于污废水的光催化净化研究。针对常用光催化材料存在的形貌不易控、光吸收率低、光生空穴-电子分离效率低，制约该技术在环境工程领域实际应用这三个主要问题，采用便利的电氧化-电沉积技术，离子液体辅助水热合成技术，构建出一系列具有可见光光敏特性，形貌可调可控，强吸附性，高催化活性的光催化剂。应用阴极沉积-阳极氧化技术，在TiO2纳米管阵列上修饰超细窄禁带p型半导体Cu2O纳米线网络，两者有机耦合构建了结构新颖、比表面积大、吸附能力强、可灵敏响应可见光的p-n异质结光催化剂。在可见光下，无外加辅助强氧化剂时，可高效分解芳香族难降解有机化合物,比常用催化剂效率提高2倍以上。应用高温瞬时电沉积技术，120摄氏度下，20秒内在TiO2纳米管阵列上快速结构规则演变的三维Bi2S3晶体。TiO2纳米管阵列作为基底因具备较大的比表面积，显著降低了Bi2S3成核过程中的吉布斯自由能。深入讨论实验参数对晶体形貌，结晶度，构效关系的影响。首次阐明瞬时电沉积晶体成核生长机理，并通过改变前躯体，实现Bi2S3形貌结构的可控可调。所制备的Bi2S3/TiO2复合材料对2.4-二氯苯氧乙酸与Cr（VI）复杂污水体系有良好的净化效果。应用微量离子液体辅助水热合成技术，制备出Fe3+/TiO2,三维Ag/AgX/BiOX（X=I，,Br）复合材料，研究其在有机污染物削减控制过程中的反应过程机制与构效关系。