尖晶石型光催化材料降解有机污染物研究

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随着现代工业的发展,含有有机污染物的工业废水对环境的影响越来越严重。有些有机污染物毒性大,结构复杂,传统的降解方法无法达到令人满意的降解效果,并且在降解过程中易产生有毒的中间产物,对环境造成二次污染。因此寻找新型的环保高效的废水降解方法成为二十一世纪亟待解决的问题。相对于常用的物理方法和生物方法,光催化降解技术以其广谱适用性和对有毒有机物的敏感性,为有机废水处理提供了一条新的、有工业化实际应用价值的途径。 目前,光(紫外光、可见光)降解技术是一种很有潜力的废水降解技术。本文以含有多个苯环的复杂有机物酸性橙Ⅱ为研究对象,为提高太阳光能量中可见光的利用率,本文着重研究了可见光在降解水中污染物方面的应用效果。 尖晶石型化合物是新型半导体光催化材料,具有可见光利用率高、光催化效率高的特点,在处理污水、净化空气等方面具有广阔的应用前景。本文分别介绍了光催化机理、结构特点以及在光催化领域的研究进展,并指出需要进一步研究的内容。论文以七种尖晶石型化合物作为光催化剂,配合采用紫外光和氙灯照射的方法,选取具有代表性、有毒和难以降解的AO7作为研究对象,研究成果在光催化方面提供了有价值的科学理论依据和工业化应用参考。样品的晶格结构由XRD衍射仪确定,粉末样品的紫外—可见光的漫反射吸收光谱由紫外—可见光分光光度计(UV-2501PC/2550)测量。 通过XRD表征证实了七种样品确实是尖晶石型氧化物。根据对样品的DRS表征并分析可得,在可见光区LaCr2O4具有比CaMn2O4更明显的光催化性质,BaMn2O4在可见光范围内不具有光催化性能。论文利用较简便的实验装置和方法,证实我们可以通过尖晶石化合物的紫外—可见漫反射光谱初步判断它是否具 有紫外或者可见光波段的光催化特性,并且比较不同样品催化性能的强弱。论文还利用能带理论对LaCr2O4在可见光区的光催化机理进行了解释。通过第一性原理方法计算出来的CaMnO4的电子态密度分布图及Ca 3d、O 2p、和Mn 3d的分波态密度结构图对CaMn2O4在可见光区的光催化机理进行了解释,CaMn2O4在可见光波段的光催化特性可能是在可见光辐照下电子从O原子的2p能级向Mn原子的3d—Eg能级跃迁形成了电子—空穴对。
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