基本信息
- 項目名稱：
- Bi2WO6催化劑的制備及其光催化降解染料與內(nèi)分泌干擾物的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 染料廢水成分復雜，色度深，性質(zhì)穩(wěn)定，用傳統(tǒng)的生物法難以降解，是水污染控制領域的重大技術(shù)難題。作為單偶氮活性染料，活性艷紅X-3B是印染廢水中一種典型的污染物。環(huán)境內(nèi)分泌干擾物是繼“溫室效應”、“臭氧層破壞”之后被世界公認的第三大環(huán)境污染問題。壬基酚及雙酚A作為典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，具有很強的雌激素效應和其他生物毒性。研究水體中染料及內(nèi)分泌干擾物的去除對水處理技術(shù)及維護人類的健康有重要意義。
- 詳細介紹：
- 光催化氧化技術(shù)由于操作簡便、能耗低、反應條件溫和、無二次污染等優(yōu)點被廣泛的應用在有機污染物的降解過程中。由于大部分光催化劑 (如TiO2)僅對紫外光有響應，發(fā)展對太陽光有響應的新型可見光催化劑勢必成為光催化氧化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。 本文旨在制備對可見光有響應的Bi2WO6光催化劑，并系統(tǒng)研究其對水體中X-3B、4-NP、BPA的去除效果和降解過程與機理。以證明水熱合成的催化劑Bi2WO6具有良好的可見光催化活性，旨在為光催化技術(shù)的推廣應用研究一種新型的可見光催化劑，同時也為難降解染料廢水的處理、環(huán)境中內(nèi)分泌干擾物的去除提供實驗依據(jù)。作品光催化降解4-NP部分側(cè)重光催化降解影響因素研究，與作者本科畢業(yè)論文4-NP降解機制研究重點不同，屬于課外學術(shù)作品。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本課題擬針對難降解染料X-3B及環(huán)境中廣泛存在的典型內(nèi)分泌干擾物壬基酚，開發(fā)具有可見光響應的Bi2WO6納米光催化劑應用于水處理技術(shù)，研究水熱合成溶液pH、催化劑用量、光催化降解溶液pH等因素對光催化降解效果的影響，并對其降解動力學及降解機理進行探究；對于水處理技術(shù)以及綠色化學在環(huán)境領域的應用都具有一定的積極意義。
科學性、先進性及獨特之處
- （1）采用水熱合成法調(diào)節(jié)催化劑制備時溶液pH，得到具有可見光響應及高效催化活性的Bi2WO6催化劑；在pH=11條件下所制催化劑對污染物光催化降解效果最佳，并申請了發(fā)明專利（2）在可見光及模擬日光下，Bi2WO6光催化降解活性艷紅X-3B、壬基酚、雙酚A的效果遠大于P25 TiO2，為印染廢水及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的處理提供有效降解途徑（3）對Bi2WO6光催化降解X-3B、雙酚A的機理進行了探究
應用價值和現(xiàn)實意義
- 開發(fā)新型高效的可見光催化劑Bi2WO6，并將其應用于染料廢水及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的處理，以提高太陽能利用率，建設資源節(jié)約環(huán)境友好型社會，對于水處理技術(shù)以及綠色化學在環(huán)境領域的應用具有重要意義。
學術(shù)論文摘要
- 1）采用水熱合成法制備Bi2WO6光催化劑，水熱合成中不同的pH對Bi2WO6的結(jié)晶度、形貌、吸光性能以及在可見光及模擬太陽光條件下降解效果具有不同的影響。在降解X-3B、4-NP、BPA的過程中，pH 11條件下制備的Bi2WO6具有最高的活性；降解反應均符合一級反應動力學2）Bi2WO6用量、X-3B的初始濃度、pH值等均會影響B(tài)i2WO6對X-3B的光催化降解效果。弱酸性及堿性環(huán)境有利于降解反應進行。在體系中加入少量的H2O2，有較大的促進作用。Bi2WO6能使活性艷紅X-3B的發(fā)色基團—偶氮鍵破壞，但不能使其完全礦化，光催化反應過程中有難以降解的中間產(chǎn)物生成3）Bi2WO6催化劑用量、pH值等均會影響其對4-NP的降解效果；酸性及強堿性條件下，Bi2WO6對4-NP的光催化降解效果較差。降解效果優(yōu)于P25 TiO2，光照60min后其降解率可達到93%以上4）光照60 min后，BPA的去除率接近100%，礦化率為86.6%。Bi2WO6光催化降解BPA以空穴氧化和O2?－氧化為主，且BPA降解歷程簡單，通過4-異丙烯基苯酚、對苯二酚以及對羥基苯甲酸甲酯等最終被礦化為CO2。
獲獎情況
- 1.期刊論文1： 張豪，王春英，李方，王亞瓊，張濤，王釗，祝凌燕*. Bi2WO6可見光催化降解活性艷紅 X-3B的研究[J].中國環(huán)境科學(EI 2007 IF=1.315). 2010,30(12): 1608~1613 2.期刊論文2： Chunying Wang,Hao Zhang,Fang Li,Lingyan Zhu*.Degradation and Mineralization of Bisphenol A by Mesoporous Bi2WO6 under Simulated Solar Light Irradiation. Environmental Science & Technology (SCI 2010 IF=4.630). 2010, 44(17): 6843~6848. 3.專利： 一種通過調(diào)節(jié)pH制備高效可見光催化活性Bi2WO6的方法.祝凌燕,王春英,張豪,李方,王亞瓊,張濤,王釗ID#:200910245148.0 專利號:CN101757908A 4.主持項目及資助經(jīng)費： 2009年“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目(編號：091005518)，負責人，項目資助經(jīng)費：1.5萬元。目前已結(jié)題，評為“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”校一等獎。 5 所獲獎勵：1）第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽校級特等獎。2）第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽?。ㄊ校┘壧氐泉?。
鑒定結(jié)果
- 以上情況屬實！
參考文獻
- [1]孫振世,陳英旭,柯 強,等.TiO2/膨潤土納米復合光催化降解偶氮染料的研究 [J]. 環(huán)境科學學報, 2003,23(1):129-133. [2]Veronica V, Rose A, Donia B, et al. Photocatalytic oxidation of organics in water using pure and silver-modifiedtitanium dioxide particles [J]. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2002,148:233-245. [3]Eqling G A, Lin C. Photoassisted bleaching of dyes utilizing TiO2 and visible light [J]. Chemosphere, 2002,46:561-570. [4]So C M, Cheng M Y, Yu J C, et al. Degradation of azo dye procion red MX-5B by photocatalytic oxidation [J]. Chemosphere, 2002,46:905-912. [5]Stylidi M, Kondarides D I, Verykios X E. Pathways of solar light-induced photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous TiO2 suspensious [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2003,40(4):271-286. [6]石建敏,李巧玲,周仁賢,等.二氧化鈦催化降解水溶性分散染料的研究 [J]. 水處理技術(shù), 2002,28(2):105-107.[7]Shao Bing,Hu Jianying and Yang Min. A Survey of nonylphenol in aquatic environment of Chongqing Valley[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2002,22(1): 12～16.
同類課題研究水平概述
- 染料廢水由于其成分復雜,色度深,性質(zhì)穩(wěn)定,用傳統(tǒng)的生物法難以降解,一直是水污染控制領域的重大技術(shù)難題.作為一種單偶氮活性染料,活性艷紅X-3B(簡稱X-3B),是印染廢水中一種典型的污染物,在自然條件下不易分解,故難以用微生物去除.環(huán)境內(nèi)分泌干擾物是繼“溫室效應”、“臭氧層破壞”之后被世界公認的第三大環(huán)境污染問題。壬基酚及雙酚A作為典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，具有很強的雌激素效應和其他的生物毒性。近年發(fā)展起來的光催化高級氧化技術(shù)在染料廢水的處理方面具有廣闊的應用前景. TiO2以其無毒、化學穩(wěn)定性好、氧化能力強、無二次污染等優(yōu)點成為理想的催化劑，TiO2在降解水中難去除有機污染物的方面已經(jīng)有大量的研究。但TiO2禁帶寬度為3.2ev，僅能吸收的波長小于387nm的紫外光，這部分紫外光在太陽光譜中僅占4%-6%，太陽光利用率低。為提高催化劑對太陽光的利用率，主要從兩方面著手：一是對TiO2進行改性；二是研究新型可見光催化材料。TiO2的改性雖然使得光催化劑在可見區(qū)有了一定的響應，但是這往往以犧牲TiO2的紫外光活性為代價的，尋求廉價、環(huán)境友好并具有高性能的可見光光催化材料將是光催化技術(shù)研究的趨勢。 Bi2WO6具有較高的可見光催化活性,不僅能在可見光條件下催化分解水產(chǎn)生O2,而且能使CHCl3和CH3CHO等污染物礦化.固相方法合成的催化劑由于顆粒粒徑大,比表面積較小,不利于污染物在催化劑表面的吸附,光催化活性往往較低.與之相比,水熱法可通過控制水熱反應條件,得到不同結(jié)構(gòu)和形貌的納米粉體,具有較高的可見光催化活性. 本作品采用水熱合成法制備Bi2WO6催化劑，并通過調(diào)節(jié)催化劑制備時溶液pH來制得不同形貌及催化活性的催化劑，并將其應用于降解印染廢水中典型污染物活性艷紅X-3B及環(huán)境中典型內(nèi)分泌干擾物壬基酚及雙酚A的研究，并探究其降解機理；降解效果遠大于P-25 TiO2催化劑，對印染廢水及環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的水污染控制具有積極意義。
