基本信息
- 項目名稱：
- 高效環(huán)保型凹凸棒土--BiOCl--TiO2復合光催化劑的制備及其性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- （1）能源危機與環(huán)境問題凸現(xiàn) （2）廢水處理現(xiàn)狀 獲得性能高效、在可見光范圍內(nèi)具有響應性能的光催化劑；光催化劑的固定、回收問題。光催化技術(shù)及特點：環(huán)境友好、低能耗、易操作、無二次污染、可以將有機物直接轉(zhuǎn)化為CO2和水。
- 詳細介紹：
- 凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石（attapulgite ）為主要組分的一種粘土礦物。凹凸棒石為一種晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有獨特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征，在其結(jié)構(gòu)中存在晶格置換，晶體中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶體呈針狀，纖維狀或纖維集合狀。凹凸棒石具有獨特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力 。 凹凸棒土原土性能可歸納為膠體性能、吸附性能、補強性能、載體性能，在各行各業(yè)中被廣泛使用。前人對凹凸棒石粘土已經(jīng)進行了一些研究，例如凹凸棒石粘土制藥的臨床試驗、凹凸棒石吸附黃曲霉素等有害物質(zhì)研究、凹凸棒石粘土- 橡膠復合材料造漿研究等。 光催化劑的實用化研究一直受到人們的廣泛重視，目前的研究熱點主要集中在探索新型光催化材料，本課題將凹凸棒土的高吸附特性和光催化技術(shù)結(jié)合起來，將活性光催化劑負載在凹凸棒土表面，由于凹凸棒土的載體作用，可以解決光催化劑的固定化問題；將BiOCl、TiO2兩種不同能級的半導體光催化劑耦合，明顯提高了催化劑的光催化性能；同時，由于凹凸棒土的特殊棒晶狀結(jié)構(gòu)，使光催化劑易于沉降、分離，重復利用，解決了催化劑的重復利用問題，具有突出的優(yōu)點和特點。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 針對環(huán)境資源中有機污染物難以深度降解的突出問題，同時考慮一般光催化劑吸附性差、易團聚、難以回收、重復利用等問題，本文將以豐富的礦產(chǎn)資源——凹凸棒黏土為吸附劑和催化劑載體，通過溶膠-凝膠工藝，設計高效可見光催化劑的組成，并將其有效固載在凹土表面。這樣，既可以實現(xiàn)對有機污染物的深度降解，又可以降低光催化劑的合成成本，解決其固定、回收問題，使光催化技術(shù)的工業(yè)化應用成為可能。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題將凹凸棒土的高吸附特性和光催化技術(shù)結(jié)合起來，將活性光催化劑負載在凹凸棒土表面，由于凹凸棒土的載體作用，可以解決光催化劑的固定化問題；將BiOCl、TiO2兩種不同能級的半導體光催化劑耦合，明顯提高了催化劑的光催化性能；同時，由于凹凸棒土的特殊棒晶狀結(jié)構(gòu)，使光催化劑易于沉降、分離，重復利用，解決了催化劑的重復利用問題，具有突出的優(yōu)點和特點。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1）產(chǎn)品合成工藝簡單，易于工業(yè)化。凹凸棒土經(jīng)過簡單純化后直接用于材料的制備過程，無需活化或表面改性，大大簡化了合成工藝。 2）成本低，無污染。由于本產(chǎn)品采用了地方豐富的礦產(chǎn)資源——凹凸棒土為載體，而且表面負載的活性催化劑原料多為常見的無機鹽，極大地減少了用料投入，成本明顯降低。 3）產(chǎn)品的穩(wěn)定性高。對有機染料的降解去除率達90%以上，重復使用4次后仍然就有很高的光催化性能。
學術(shù)論文摘要
- 以凹凸棒黏土為基體，通過原位溶膠-凝膠工藝，將一系列不同比例的BiOCl -TiO2（r = nBi/(nBi + nTi) = 1, 1/2, 1/3, 1/4,1/5, 1/6, 0）復合氧化物負載于凹凸棒黏土表面，制備凹凸棒黏土復合型光催化劑(Att-BiOCl-TiO2)。研究結(jié)果表明，BiOCl-TiO2復合氧化物均勻地負載于凹凸棒黏土表面；經(jīng)過復合氧化物負載改性后，凹凸棒黏土的表面形貌得到明顯改善，產(chǎn)物的負載效果好、比表面大。以光催化降解甲基橙為探針，研究了凹凸棒黏土復合光催化的光催化性能。結(jié)果表明，凹凸棒黏土復合光催化顯示出優(yōu)異的光催化性能，其光催化活性順序為Att-BiOCl-TiO2 > Att-BiOCl > Att-TiO2>Att；而且r=nBi/(nBi + nTi)比例對凹土復合光催化劑的性能有明顯的影響：當r=nBi/(nBi + nTi)=1/4時，Att-BiOCl-TiO2顯示出與P25接近的優(yōu)異光催化性能，40min內(nèi)對100mg/L甲基橙的降解率達98.6%。實驗證實Att-BiOCl-TiO2復合光催化劑可重復利用。
獲獎情況
- 2009年淮陰師范學院科技文化周大學生論文評選中榮獲一等獎
鑒定結(jié)果
- 該論文以凹凸棒土為基體，通過溶膠-凝膠工藝將不同能級的半導體光催化劑有效負載于凹凸棒黏土表面，研究改性凹土對染料廢水的吸附性能和光催化性能。該工藝簡單、投資少，有較強的理論價值和利用價值。
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 光催化劑的實用化研究一直受到人們的廣泛重視，目前的研究熱點主要集中在探索新型光催化材料，探索納米結(jié)構(gòu)與光生空穴－電荷的分離和遷移性能；探索光電協(xié)同催化作用，提高光生空穴－電荷的分離效率以及有機物降解活性研究；探索含共軛π鍵材料和光催化材料雜化作用，提高光催化活性、抑制光腐蝕，提高光催化劑對污染物的吸附以及拓展可見光活性等。最近關(guān)于光催化劑的固定化研究，也成為光催化領域的熱點之一。將光催化劑固定在載體表面，能有效的防止納米粒子團聚，增加光催化劑的比表面積及吸附性能，克服懸浮相光催化劑的缺點。光催化劑的載體，要有穩(wěn)定性、高強度、低價格和大的比表面積。目前，已有許多以活性碳、硅藻土、蒙脫土等材料為載體，制備性能高效的光催化材料。 凹凸棒黏土，也是一種重要的催化劑、吸附劑載體，其價格低廉、比表面積大、化學穩(wěn)定性好、吸附能力強，環(huán)境廢水治理方面已有較多的應用研發(fā)，但基本上是基于凹土的吸附性能，主要是通過無機或有機的方法對凹土進行改性，增大凹土的比表面積或改變其表面的親疏水性質(zhì)，以實現(xiàn)其對有機污染物或重金屬離子的吸附。但是，這一方法的最大問題在于它只吸附污染物料，不破壞其結(jié)構(gòu)，不能實現(xiàn)對污染物的深度降解；同時，吸附量有限，難以實現(xiàn)現(xiàn)場再生。因此，如果能在充分發(fā)揮凹土的吸附性能的同時，又能實現(xiàn)對有機污染物的深度處理，這將是一個雙贏的舉措。已有研究表明，將凹土作為載體在其表面復合TiO2顆粒，用于染料廢水處理，具有較好的降解性能。但由于TiO2的能隙較大，只能吸收紫外光，其降解率和降解的污染物有限，需要對其進行復合改性以改善其降解性能。本文采用軟化學手段實現(xiàn)對催化劑組成和結(jié)構(gòu)的設計、調(diào)控，獲得多種微結(jié)構(gòu)、高效的復合光催化劑；并且選用地方區(qū)域優(yōu)勢資源——凹凸棒黏土作為載體材料，將高效復合光催化劑有效負載在凹土表面，其資源豐富、成本低廉，相對其它光催化劑的合成原料具有明顯的成本優(yōu)勢。
