《光電協同原理與新型波紋板式液膜反應器的結構最佳化》是依託天津大學，由張自生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光電協同原理與新型波紋板式液膜反應器的結構最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張自生
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新型光電協同催化技術具有深度氧化礦化能力，可以利用太陽光將有機污染物徹底降解，具有無污染，高效能的特點，在污水處理、空氣淨化等領域有著極其重要的套用前景。構築高效太陽能轉化的光電催化反應器系統是光催化推向實際套用的關鍵內容之一。本課題擬通過光電協同液膜式反應器與波紋板式反應器結合，實現在波紋板反應器上的高效光電催化轉化。通過波紋板式反應器的結構設計、最佳化及模型化，調節液膜厚度及表面積，加強光的散射、折射、透射效應，提高光的傳遞與吸收效率；通過光電協同效應促進光生電子-空穴高效分離，提高量子效率；通過採用離子摻雜的TiO2、窄帶隙半導體等光電極方式實現對可見光的回響；通過反應參數的最佳化擬合，建立動力學方程，探索在該反應器下光電催化過程機理，最終實現光電協同催化能量利用效率的大幅提高。項目的實施為光電協同催化反應器設計理論問題提供新思路，可促進光電催化實用化的發展。
結題摘要
光催化是將太陽能轉化化學能的過程，具有低成本、無污染的優點，在分解水制氫、降解污染物等方面有廣闊的套用前景，對於從根本上解決能源、環境等問題具有重要意義。因而，開發新型可見光回響光催化劑是迫切需要的。本項目在國家自然科學基金（編號21476161）的資助下，在新型光催化材料的設計合成與光催化及光電催化性能的研究方面取得了一系列滿意的成果。 本項目從具有π-π共軛結構的光催化材料出發，設計合成了基於g-C3N4納米片包覆的核殼結構催化劑CdS@g-C3N4、AgI@g-C3N4、AgBr@g-C3N4、Ag2CO3@g-C3N4、BiVO4@g-C3N4和Ag2Mo2O7@g-C3N4，然後拓展到Ag2CO3@PANI核殼結構催化劑。通過一系列表征手段對催化劑晶型結構、形貌、尺寸以及光催化活性和穩定性提高機理進行了系統研究。利用光電化學、光譜學及活性物種捕獲等方法，對g-C3N4基複合光催化材料的傳導光生電荷的能力和主要活性物種進行了表征，揭示了g-C3N4和PANI提高CdS、AgI及Ag2CO3等催化劑活性和穩定性的機理。研究結果表明，AgI@g-C3N4 (5wt.%)、AgBr@g-C3N4(7 wt.%)、Ag2CO3@g-C3N4(5 wt.%)及Ag2CO3@PAN(3 wt.%)可見光降解染料活性分別比單體提高33.8%、46.0%、41.0%和47.0%；催化劑循環使用5次後，穩定性分別提高2.5、3.9、9.1和14.1倍。同時，複合催化劑對雙酚A及苯酚也表現出高的光催化活性，其中Ag2CO3@PANI(3 wt.%)活性最高，40 min可將10 ppm的苯酚降解95.4%。催化劑體現了一定的深度處理實際廢水的能力，可見光下反應150 min，可將焦化廢水COD由初始值92.0 mg/L降低至18.7 mg/L，COD去除率為79.7%。該工作為深入研究具有π-π共軛結構複合材料提供了新的研究思路。 此外在上述研究的基礎上，對提高新型鉍系光催化材料的可見光回響進行了探索，利用貴金屬納米顆粒的電漿共振效應以及光散射效應協同提高鉍系光催化劑在可見光下的光催化活性。製備了Cu2O NPs/Bi2O2CO3、Ag@AgBr/Bi2O2CO3、Ag@AgCl/ Bi2O2CO3和CQDs/ Bi2O2CO3等複合光催化劑。製備的新型複合光催化劑在可見光
