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1、,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,水污染,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,工业废水生活废水医药废水,废水如染料废水成分复杂、色度深、毒性大、难生化处理等特点,常规的处理方法：主要有物理法、化学法、生物法等，这些处理方法的运行成本及处理效果不能令人满意。,光催化技术：具有设备简单、操作条件温和等优点，最有可能利用太阳光实现清洁去污，且光催化主要通产生的强自由基OH和O2来氧化去除有机污染物，成为目前研究最多的环境污染物治理技术。,
2、TiO2光催化剂作为一种环境友好的污染处理材料，在环境中的环保和节能的应用前景受到广泛的关注，其主要应用于废水、废气处理及抗菌、自清洁产品的开发等领域,1,2,3,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,TiO2优点,结构稳定廉价无毒抗光腐蚀性高催化活性,TiO2缺点,光催化效率不高纳米粉体具有潜在风险选择性差光吸收阈值局限于紫外区,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,金属离子的掺杂,非金属离子的掺杂,离子共掺,贵金属负载,半导体复合,改性方法,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能
3、研究,光敏化,酸化处理,外场辅助,载体表面负载,其他改性方法,改性方法,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,空气净化,自清洁材料,医疗卫生用具,4,1,2,3,TIO2基光催化剂的应用领域,废水处理,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,二氧化钛的光催化原理 TiO2半导体材料具有一定的能带间隙（禁带宽 度），由价带（VB）和导带（CB）所组成。当 受到能量等于或大于TiO2禁带宽度的光照射时，价带电子吸收能量并跃迁到导带，便会产生电子-空穴对。电子-空穴对分离后通过无规则的运动达到TiO2表面。同时，由于材料表面存在的一些捕获陷阱也会造成电子和空穴对
4、的复合（如过程a）；另外，电子和空穴对自身的复合作用，但这一过程伴随有热或其他能量的释放（如过程b）。表面的受体可以捕获空穴（h+）发生氧化反应（如过程c）；而表面的供体分子可以捕获电子（e-）发生还原反应（如过程d）。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,本研究通过染料分子对二氧化钛表面的光敏化有效拓展催化剂对可见光的响应。利用粉煤灰漂珠为载体，解决了二氧化钛粉体的固有危害。同时使催化剂易于回收利用。作为一种光敏剂，酞菁或金属酞菁在太阳光范围中具有很高的吸光因子，因此它的响应波长范围可以很好地扩展到可见光区。在可见光照射下，它可以从基态转移到激发态，将电子转移到二氧化钛
5、的导带，促使光催化降解率的提高。尽管敏化二氧化钛光催化剂具有较高的光催化活性，但是催化剂往往是固体颗粒或者是粉末。因此催化剂会沉淀或悬浮于溶液底部而造成对光能利用率不高。为了解决这一问题，本文中我们选择一种可以漂浮于水面的载体-粉煤灰漂珠，利用它的漂浮性能制备出漂浮型的复合光催化剂来提高对光源的利用率，进而提高光催化活性。,实验部分,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,粉煤灰漂珠（空心微珠）是火力发电厂的副产品，其主要成分是复合无机氧化物（如：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等）。一方面，它往往因过量堆积而会引起许多环境问题；另一方面，它是具有独一无二稳定性、无毒
6、和非金属空心微粒，主要用于水泥、混凝土的原材料。由于其独特的中空结构、轻质及良好的机械性能，它可以漂浮在水面，因此它也作为轻质载体使用，它的使用可以部分解决粉煤灰的堆积以及引起的相关环境问题。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,催化剂的制备 取适量磺化酞菁钴加入到4.5 mL钛酸四丁酯和18 mL无水乙醇的混合溶液中，在40水浴条件下，快速搅拌使磺化酞菁钴溶解均匀。另取等体积均匀混合的无水乙醇、盐酸和去离子水的溶液，用胶头滴管逐滴加入到上述溶液中，并快速搅拌至溶胶态。准确称取1.0g粉煤灰漂珠加入到前面制成的溶胶中，匀速搅拌至均匀态后转移至水热反应釜中，置于353K烘箱
7、中反应8h。自然冷却后置于真空干燥箱中在373K下烘干，即得到磺化酞菁钴光敏化的CoSPc/TiO2/粉煤灰漂珠光催化剂。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,结果与讨论 扫描电镜分析（SEM）下图是粉煤灰漂珠和磺化酞菁钴敏化的TiO2/粉煤灰漂珠的扫描电镜图片，图（a）为粉煤灰中提取的漂珠，可以看出它是粒径为100-200 m的球形结构，表面略有光滑。图（b）为包覆TiO2 并采用光敏化剂修饰后的粉煤灰漂珠材料，可以看出包覆后修饰的漂珠材料表面明显比较粗糙。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,X射线衍射分析（XRD）右图是粉煤灰漂珠和不同CoPc
8、S含量的TiO2/粉煤灰漂珠XRD谱图。图（a）表示载体粉煤灰漂珠样品的XRD特征衍射，其主要衍射峰为SiO2,Fe2O3 和 Al2O3的特征谱图，说明漂珠的主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3等的复合氧化物。图（b）表示不同含量的CoPcS修饰的复合光催化剂的XRD衍射峰。从谱图中可以看出，在低温下经水热反应晶化的TiO2出现多晶化状态，有板钛矿、锐钛矿、金红石型等即混晶态。但是经CoPcS敏化后的材料并没有发生明显变化，说明载体表面被TiO2所包覆并修饰后仍保持了较好的混晶态，也同时暗示了负载的催化剂材料具有较好的光催化活性。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研
9、究,固体紫外漫反射分析 右图是不同含量CoPcS修饰的TiO2/粉煤灰漂珠光催化剂的固体紫外漫反射图（UV-vis DRS），从图3.3可以看出，经CoPcS修饰的TiO2/漂珠在可见光范围内具有较好的吸收。光催化剂样品的吸收强度随CoPcS含量的增加而增强，同时CoPcS含量的增加导致二聚体的吸收峰增加（620nm），从而降低了CoPcS修饰光催化剂的活性，暗示了CoPcS含量增高而光催化活性不一定提高或者光催化活性降低。,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,红外光谱分析（FI-IR)右图是不同样品的红外光谱图，图（a）是CoPcS的红外图谱，磺酸基的特征峰在1000
10、cm-1到1300 cm-1之间。1700 cm-1附近是C-N键振动峰，1500 cm-1附近是C-C键振动峰，表明存在酞菁环；图（c）是TiO2/粉煤灰漂珠的红外光谱图，3000-3500 cm-1处是OH振动峰，主要是由于在低温下制备的催化剂含有H2O和C2H5OH，在530 cm-1附近属于TiO2的特征峰；图（b）是CoPcS/TiO2/粉煤灰漂珠的红外吸收曲线，C-N键和C-C键的振动峰都发生了红移，磺酸基吸收峰消失，可能是生成-SO2-O-Ti-的缘故。从图示中并没有发现Co-O（850cm-1）键，说明CoPcS与TiO2的复合是通过物理吸附的作用形成的。,磺化酞菁钴表面敏化钛
11、基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,光催化活性实验将6份浓度为7.5 mg/L亚甲基蓝溶液加入到反应器中，分别加入0.1g 不同催化剂样品，在300W可见光源、2.0 L/min通气量的条件下进行光催化实验。每隔30min取样分析，反应共进行3h。结果见右图所示。从图中可看出，在同样的试验条件下，低用量的CoPcS修饰的TiO2/粉煤灰漂珠光催化剂，其光催化反应脱色率高于未修饰的 TiO2/粉煤灰漂珠光催化剂。从图中还可以看出，高含量CoPcS敏化的光催化剂，其光催化脱色率反而下降,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,由光降解实验可以清楚地看出，敏化后的催化剂表现出更好
12、的光催化活性。这可能是因为修饰了CoPcS 的光催化剂对光的响应大大增强，特别是在可见光作用下，CoPcS/TiO2/粉煤灰漂珠显示出较强的吸收，使制备的光催化剂能有效起到敏化作用，从而使光降解活性增强。而高含量的磺化酞菁钴敏化催化剂，其脱色率反而下降可能是因为过多的CoPcS在TiO2/粉煤灰漂珠表面形成二聚体，从而起不到光敏化作用，反而降低了复合光催化剂的光降解活性,磺化酞菁钴表面敏化钛基复合光催化剂的制备及其光解性能研究,结论 采用溶胶-凝胶法和水热反应法在低温条件下制备CoSPc敏化混晶态二氧化钛负载在粉煤灰漂珠上的复合光催化剂。CoSPc/TiO2/粉煤灰漂珠光催化剂对亚甲基蓝表现出
13、较好的光催化活性，其光降解机理主要归因于电子有效的从CoSPc的价带转移到TiO2的导带上，氧化还原的量子产率增加，促使光降解率的提高。同时CoSPc的用量对光催化效果具有重要的影响，当CoSPc的负载量为0.008g时，对亚甲基蓝的光降解率可以达到73.36%。尽管光催化效率较单一二氧化钛有较大的提高，但是它的增加幅度还不是很高，所以我们仍旧需要探讨复合光催化剂的制备最佳条件，以期达到较好的光降解效果。,致谢,本论文是在陈宇云老师的悉心指导和帮助下完成的，从选题、实验到论文的定稿，陈宇云老师都付出了大量的心血。在此，谨向尊敬的老师表示衷心的感谢！感谢卫潇同学、胡钰涛同学在我的实验过程中给予我帮助。,谢 谢,
