【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程的加速,大量排放的有機(jī)污染物所引起的水污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。在受污染水體中,以染料、化工用品和藥物等有機(jī)污染物較為常見(jiàn)。光電催化(photoelectrocatalytic,PEC)作為一種新型的高級(jí)氧化技術(shù),能夠氧化分解絕大多數(shù)難降解的有機(jī)污染物,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、條件溫和以及無(wú)二次污染等突出優(yōu)點(diǎn),在環(huán)境領(lǐng)域中受到了廣泛關(guān)注。在眾多催化劑中,由于TiO_2具有成本低、毒性小、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是PEC技術(shù)中最具應(yīng)用潛力的光電陽(yáng)極催化劑。然而,PEC技術(shù)還存在一些問(wèn)題,例如,TiO_2薄膜電極的可見(jiàn)光利用率低、制備成本高和穩(wěn)定性差等,限制了其在污水處理中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用�，F(xiàn)有與PEC相關(guān)的研究報(bào)道主要集中在材料表征和催化劑降解性能等方面,而對(duì)其降解機(jī)理方面的研究尚不充分。鑒于此,開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、低成本的方法制備具有高可見(jiàn)光催化性能的TiO_2薄膜電極以及研究PEC降解機(jī)理具有重要意義。由于鹵素(F和I)摻雜TiO_2制備方法簡(jiǎn)單,并具有優(yōu)異的可見(jiàn)光催化性能,是制備PEC光電陽(yáng)極的理想催化劑。在本論文中,為了解決PEC技術(shù)中存在的問(wèn)題,我們采用簡(jiǎn)單的方法(溶膠-凝膠法和水解法)制備了具有優(yōu)異可見(jiàn)光催化活性的鹵素?fù)诫sTiO_2催化劑。然后,采用簡(jiǎn)單、低成本的絲網(wǎng)印刷法制備了鹵素?fù)诫sTiO_2薄膜電極,該電極在可見(jiàn)光照射下對(duì)有機(jī)污染物表現(xiàn)出了較高的PEC降解性能,并具有良好的穩(wěn)定性。同時(shí),也對(duì)PEC過(guò)程中有機(jī)污染物的降解機(jī)理進(jìn)行了分析。論文具體內(nèi)容如下:1.采用簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠法和水解法成功制備了鹵素?fù)诫sTiO_2催化劑,并對(duì)該催化劑進(jìn)行了物理化學(xué)表征。結(jié)果表明,鹵素(F和I)摻雜和多元素(F-Sn和I-P)共摻雜能夠明顯提升TiO_2的可見(jiàn)光吸收能力和光生電荷分離速率。然后,以FTO導(dǎo)電玻璃為催化劑載體,采用絲網(wǎng)印刷法制備了具有多孔形貌的鹵素?fù)诫sTiO_2薄膜電極。為了解決催化劑易從FTO基體脫落的問(wèn)題,在電極制備過(guò)程中添加了低溫玻璃粉來(lái)增強(qiáng)催化劑與導(dǎo)電基體間的附著性。2.選取污水中常見(jiàn)的有機(jī)污染物(亞甲基藍(lán)、苯酚、雙氯芬酸和四環(huán)素)以及實(shí)際廢水(垃圾滲濾液和制藥廢水)作為降解對(duì)象,評(píng)估了鹵素?fù)诫sTiO_2薄膜電極對(duì)有機(jī)污染物的PEC降解性能。結(jié)果表明,電極在可見(jiàn)光照射下對(duì)有機(jī)污染物和實(shí)際廢水均表現(xiàn)出良好且穩(wěn)定的PEC降解性能,并且該P(yáng)EC性能受元素?fù)诫s量、外加偏壓、溶液pH、H_2O_2濃度和電解質(zhì)種類等因素的影響。另外,在鹵素?fù)诫sTiO_2薄膜電極中,I,P共摻雜TiO_2薄膜電極對(duì)有機(jī)污染物表現(xiàn)出了最高的PEC降解性能。3.采用了一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)模型以及活性粒子捕獲實(shí)驗(yàn)對(duì)鹵素?fù)诫sTiO_2薄膜電極PEC降解有機(jī)污染物的機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,有機(jī)污染物的PEC降解過(guò)程主要發(fā)生在薄膜電極表面,并且電極表面對(duì)有機(jī)污染物的吸附是降解過(guò)程中的限速步驟。在有機(jī)污染物的PEC降解過(guò)程中,空穴(h~+)和羥基自由基(.OH)是引起有機(jī)污染物降解的主要活性粒子,并且元素?fù)诫s量和有機(jī)污染物起始濃度不會(huì)影響h~+和.OH的主導(dǎo)地位。當(dāng)NaCl為溶液電解質(zhì)時(shí),有機(jī)污染物的PEC降解速率會(huì)明顯提升,h~+和.OH會(huì)與溶液中的Cl~-反應(yīng)生成大量的氯自由基(Cl.)并參與有機(jī)污染物的降解。此條件下,Cl.是降解有機(jī)污染物的主要活性粒子。另外,對(duì)有機(jī)污染物的PEC降解路徑研究再一次證實(shí),h~+和.OH在有機(jī)污染物的PEC降解過(guò)程中發(fā)揮了主導(dǎo)作用。
【圖文】：

2019 年華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文處理系統(tǒng)中能夠迅速自我消除。最常見(jiàn)的 AOPs 系統(tǒng)主要2O2氧化系統(tǒng)（H2O2/UV）、臭氧氧化和基于臭氧氧化過(guò)程O3/H2O2和 O3/H2O2/UV）、基于 TiO2的光催化氧化系統(tǒng)（以及基于芬頓反應(yīng)的氧化系統(tǒng)（Fe2+/H2O2和 Fe2+/H2O2/U（photocatalytic，PC）技術(shù)具有效率高，成本低，無(wú)二次污受到了廣泛關(guān)注。PC 技術(shù)的基本原理如圖 1.1 所示，催或者太陽(yáng)光的照射下產(chǎn)生光生電子（e-）和空穴（h+），，光生化還原反應(yīng)，并在催化劑表面生成具有強(qiáng)氧化性的.OH、粒子，進(jìn)而降解有機(jī)污染物。然而，由于催化劑光生電子-空穴以及 PC 處理后污水中催化劑的回收復(fù)雜等因素，制約了

2019 年華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文還被應(yīng)用到了無(wú)機(jī)離子還原、微生物滅活、CO2還原以因此，該技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。我atalytic”在文獻(xiàn)檢索系統(tǒng) web of science 中進(jìn)行檢索得PEC 領(lǐng)域發(fā)表文章數(shù)量的情況。如圖 1.2 所示，可以來(lái)，PEC 領(lǐng)域發(fā)表的文章數(shù)量呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明了
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2590222