基于氧化锌改性的复合光催化剂的制备及其降解性研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:htagsll
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目前我国大部分油田处于三次采油阶段,在石油开采、储存、运输、石油脱水和再利用的过程中产生大量油田废水,油田废水成分复杂,难降解污染物含量高,因此处理难度较大。光催化氧化技术是一种新兴的污水处理方法,处理效率高,水力停留时间短,反应条件简单,操作运行简便,对于处理油田废水中的难降解有机物污染物具有很强的实践性。本论文以氧化锌作为基础光催化剂,针对其禁带宽度较宽,光生电子空穴对易复合的缺点,将其改性后处理模拟油田废水中的难降解有机污染物。(1)分别采用改进的浸渍-还原-空气氧化法和溶剂热法制备Cu2O@ZnO(铜锌复合物)和RGO@Cu2O@ZnO(石墨烯铜锌复合物)两种复合光催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)等表征手段对光催化剂进行表征分析。(2)以对硝基苯酚(PNP)和聚丙烯酰胺(PAM)两种不同化学结构的有机物作为油田废水的特征污染物,考察复合光催化剂对这两种污染物的处理效果。(3)通过电化学表征结果和重复性试验,探讨复合光催化剂的光催化降解机理和循环再生性能。研究表明,(1)Cu2O@ZnO结晶度高,Cu2O生长在ZnO纳米棒上。与单体ZnO相比,Cu2O@ZnO的光响应范围扩宽,Cu2O@ZnO的光电流响应增强,在光生电子空穴对的复合率降低。在模拟太阳光照射下,Cu2O@ZnO复合光催化剂对对硝基苯酚和聚丙烯酰胺模拟废水具有良好的光催化降解性能,且聚丙烯酰胺更容易降解。对硝基苯酚的最佳处理条件:铜锌摩尔比为0.15,Cu2O@ZnO的浓度为0.5 g/L,对硝基苯酚的初始浓度为10 mg/L,光催化降解率可达98.2%。聚丙烯酰胺的最佳处理条件:铜锌摩尔比为0.15,Cu2O@ZnO的浓度为0.5 g/L,聚丙烯酰胺的初始浓度为100 mg/L,光催化降解为99.7%。Cu2O和ZnO形成Ⅱ型异质结结构,有效地抑制了光生电子空穴对的复合,同时复合材料具有很好的稳定性和循环再生性,Cu2O@ZnO循环使用4次后,仍具有很高的光催化降解率。(2)对于RGO@Cu2O@ZnO,Cu2O@ZnO均匀分布在石墨烯碳层上,相比于Cu2O@ZnO,RGO@Cu2O@ZnO的光吸收能力增强,RGO@Cu2O@ZnO的光电流响应增强,光生电子空穴对的复合率进一步降低。在模拟太阳光照射下,RGO@Cu2O@ZnO复合光催化剂对对硝基苯酚和聚丙烯酰胺模拟废水具有良好的光催化降解性能,且符合一级反应动力学模型。对硝基苯酚的最佳处理条件:RGO(石墨烯)的负载量为10%,RGO@Cu2O@ZnO的浓度为0.3 g/L,对硝基苯酚的初始浓度为20 mg/L,光催化降解率可达97%。聚丙烯酰胺的最佳处理条件:RGO的负载量为10%,RGO@Cu2O@ZnO的浓度为0.3 g/L,聚丙烯酰胺的初始浓度为150 mg/L,光催化降解为93%。通过引入RGO,Cu2O和ZnO导带上的电子可传递至RGO的平面碳层上,加快了电子的传输速度,有效地抑制了电子空穴对的复合,提高了光催化降解速率,同时复合材料具有很好的再生性。
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