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BiVO4/膨润土光催化剂的制备及其对印染废水处理的研究

作　者: 李南南
导　师: 何瑾馨
学　校: 东华大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: BiVO4/膨润土 C.I.活性蓝19 吸附动力学 光催化降解
分类号: X791
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来,国内外众多学者开始研究可见光响应的半导体光催化剂并将其应用于环境治理上。BiVO4在可见光照射下具有很高的光催化活性,能够将有机污染物完全矿化成H2O和CO2,同时具有稳定性高、无毒无害等特点,是一种具有广阔应用前景的可见光催化材料。但是BiVO4容易悬浮在水中而很难分离出来,在降解废水的同时又会产生二次污染。此外,大部分有机物在光催化剂表面只有很弱的吸附,不利于光催化反应的进行。因此,可以选择一种合适的载体,将BiVO4负载到载体上,浓缩目标污染物在BiVO4附近的浓度,提高光催化降解效率,且这种复合型光催化剂能很容易从溶液中分离出来,进而实现光催化剂的重复利用。基于以上原因,本研究课题选用储量丰富、层状结构、比表面积大和吸附性强的膨润土作为载体,通过溶液燃烧法制备了一系列不同煅烧温度的负载型可见光催化剂BiVO4/膨润土,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、能谱分析(EDS)等测试手段对复合型光催化剂的晶型、表面形貌、颗粒大小、光吸收范围、元素组成等进行了表征。研究了BiVO4/膨润土光催化剂对C.I.活性蓝19的吸附动力学；并研究了染液初始浓度、染液初始pH值、不同光源等因素对C.I.活性蓝19降解性能的影响,论文的主要科研工作如下：(1)在三种不同煅烧温度下制备的复合型光催化剂中,300℃煅烧的BiVO膨润土光催化剂为单斜晶型,晶粒尺寸约为30nm,在可见光400-500nm处有强吸收。(2)在初始质量浓度为15～45mg/L,温度为298-318K时,BiVO4/膨润土光催化剂对C.I.活性蓝19的吸附动力学数据能较好的符合准二级动力学方程。表观吸附活化能为28.75KJ/mol,说明此复合型光催化剂对C.I.活性蓝19的吸附是化学吸附和物理吸附控制步骤。(3)通过在可见光下的光催化模拟实验发现,300℃煅烧的BiVO4/膨润土光催化剂具有良好的光催化降解性能。当染液初始浓度为25mg/L,染液初始pH值为5.5,光催化剂投加量为50mg,400W金卤灯照射下,120min后对C.I.活性蓝19溶液的脱色率达到93.9%。光催化剂重复使用五次后未见有明显的催化剂失活现象,具有回收利用价值。(4)C.I.活性蓝19溶液在不同的影响因素下的光降解过程中的-1n(C/C0)～t之间均呈现良好的直线关系,C.I活性蓝19的光催化降解反应符合Langumuir-Hinshelwood一级动力学反应模型。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 前言  11-29
  1.1 印染废水概况  11-13
    1.1.1 印染废水的物理处理方法  11-12
    1.1.2 印染废水的化学处理方法  12
    1.1.3 印染废水的生物处理方法  12-13
    1.1.4 印染废水的处理方法的比较  13
  1.2 半导体光催化概况  13-16
    1.2.1 半导体光催化剂的发展历史  13-14
    1.2.2 可见光响应半导体材料的研究  14-16
  1.3 BiVO_4的光催化机理及研究状况  16-24
    1.3.1 BiVO_4的研究历史  16
    1.3.2 BiVO_4的结构及光催化机理  16-18
    1.3.3 BiVO_4的合成方法  18-20
    1.3.4 BiVO_4的改性  20-22
    1.3.5 BiVO_4光催化剂在环境治理中的应用  22-24
  1.4 膨润土研究概况  24-27
    1.4.1 膨润土的矿物学特征  24-25
    1.4.2 膨润土的性质  25-26
    1.4.3 膨润土负载纳米光催化剂的研究  26-27
  1.5 本课题的研究内容及意义  27-29
    1.5.1 研究内容  27-28
    1.5.2 研究意义  28-29
2 BiVO_4/膨润土光催化剂的制备及表征  29-40
  2.1 制备  29-32
    2.1.1 试剂及原料  29-30
    2.1.2 仪器及设备  30
    2.1.3 膨润土的提纯  30
    2.1.4 BiVO_4的制备  30-31
    2.1.5 不同煅烧温度的BiVO_4/膨润土的制备  31-32
  2.2 催化剂表征  32-33
    2.2.1 晶型结构分析  32-33
    2.2.2 微观结构分析  33
    2.2.3 比表面积测定  33
    2.2.4 紫外-可见漫反射光谱  33
    2.2.5 能谱分析  33
  2.3 催化剂表征结果与讨论  33-38
    2.3.1 晶型结构分析  33-34
    2.3.2 微观结构分析  34-36
    2.3.3 比表面积分析  36
    2.3.4 紫外可见漫反射分析  36-38
    2.3.5 能谱分析  38
  2.4 小结  38-40
3 BiVO_4/膨润土对C.I.活性蓝19的吸附动力学  40-50
  3.1 引言  40-41
  3.2 固液吸附动力学基本理论  41
    3.2.1 准一级动力学模型  41
    3.2.2 准二级动力学模型  41
  3.3 实验部分  41-43
    3.3.1 实验仪器与材料  41-42
    3.3.2 实验方法  42-43
  3.4 实验结果与讨论  43-49
    3.4.1 C.I.活性蓝19初始质量浓度对吸附的影响  43-46
    3.4.2 温度对吸附C.I.活性蓝19的影响  46-48
    3.4.3 表观吸附活化能  48-49
  3.5 小结  49-50
4 BiVO_4/膨润土对C.I.活性蓝19的光催化降解  50-66
  4.1 引言  50
  4.2 光催化动力学理论  50-51
  4.3 实验部分  51-53
    4.3.1 仪器和材料  51-52
    4.3.2 实验方法  52-53
  4.4 分析与讨论  53-64
    4.4.1 不同煅烧温度BiVO_4/膨润土对光催化性能的影响  53-55
    4.4.2 染液初始浓度对光催化性能的影响  55-57
    4.4.3 不同光催化剂对比试验  57-58
    4.4.4 染液初始pH值对光催化性能的影响  58-60
    4.4.5 不同光源对光催化性能的影响  60-62
    4.4.6 光催化剂的重复使用  62-64
    4.4.7 光催化后溶液紫外可见吸收光谱分析  64
  4.5 小结  64-66
5 结论与展望  66-68
  5.1 结论  66-67
  5.2 展望  67-68
6 参考文献  68-74
硕士期间发表论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 轻工业废物处理与综合利用 > 纺织、印染工业
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