降解水体有机污染物光电催化复合电极的研究

水体生物难降解有机污染物的去除是环境修复和治理中的重大课题之一，本项目用溶胶-凝胶技术制备PW11O39Cr(III)(H2O)4-/石墨/有机陶瓷光催化复合电极和P2W18O626-/PW11O39Fe(III)(H2O)4-/石墨/有机陶瓷电催化复合电极，以前者为光阳极，后者为电阴极构成光电催化光电解池，用于水体模型污染物邻苯二甲酸二甲酯（DMP）和硝基苯的降解研究。用SEM和AFM等方法表征电极的表面结构和形态，用循环伏安、光电解等方法研究杂多催化剂固载后复合电极降解DMP和硝基苯的光电催化活性及其影响因素，测定和评估降解效果，构建催化活性与电极组成、表面结构和各种影响因素之间的相关性，探索杂多化合物掺杂固体复合电极光电催化过程的规律和微观机制,寻求提高其光电催化活性和光能利用效率的方法和途径，为环境修复中去除生物难降解有机污染物的实际应用提供理论和实验基础。

为了制备光电催化活性高、表面可抛光更新的固体电极，本项目合成了一系列Keggin型过渡金属取代杂多阴离子PW11O39Mn-[PW11M；M=Fe(III)、Cr(III)和Mn(II)；Co(II)、Cu(II)等；n=4和5]和Dawson型P2W18O626-阴离子作为催化剂，用光、电化学方法系统地研究了它们的光、电化学性质，并以H2O2、O2的还原和有机模型污染物硝基苯、苯胺及罗丹明B的降解考察了它们的光、电催化活性及其影响因素，测定了相关的动力学参数，提出了新颖的光、电催化反应模型和机理。结果表明，PW11Fe 对O2、H2O2还原产生羟基自由基具有显著的光、电催化活性和优越的光、电催化降解有机污染物性能。PW11Cr、PW11Mn、PW11Co、PW11Cu和PW11Fe一样，可吸收不同波长的可见光催化降解罗丹明B和硝基苯，效果明显且不同于光敏化机理。基于上述研究，探索了制备PW11M固体电极的方法。以甲基三甲氧硅烷(MTS)为交联剂制备了PW11Fe/C复合电极。但循环伏安表明，PW11Fe易从甲基三甲氧硅烷水解形成的—Si—O—Si—网络中渗漏出来，导致电极不稳定。用壳聚糖(CS)吸附PW11Fe后制备的PW11Fe/CS/C电极，可解决PW11M的渗漏问题，但电极表面被污染后不能抛光更新。用Cs4PW11Fe粉末代替PW11Fe和石墨粉、甲基三甲氧硅烷混合制备的Cs4PW11Fe/C电极，虽可反复抛光，但表面不均匀，导致不同抛光次数之间的催化活性差异较大。直接用Cs4PW11Fe粉末和甲基三甲氧硅烷一起研磨然后填充制备的Cs4PW11Fe/MTS电极，克服了Cs4PW11Fe/C电极表面不均匀的缺陷，且经多次抛光、超声清洗后电极依然保持对H2O2还原的电催化活性，但交流阻抗测试表明，该电极发生电子转移反应的阻抗仍然较大，催化活性还不是很理想，需要进一步优化以提高活性。为此用水热法制备了一系列PW11M晶体电极，并进行了SEM、TEM等表征和初步的光电性能研究，结果表明，CsPW11Fe/C晶体电极与Cs4PW11Fe/MTS相比，传递电子的阻抗大大减小，不仅电催化性能良好，而且光电效应明显。.本研究发表论文22篇，其中核心期刊论文12篇，SCI收录论文8篇；申请专利2项；参加全国学术会议7次；获海南省科技进步奖二等奖1项；培养在读硕士研究生2人。