《含鉻電鍍廢水構建磁性上轉換光催化材料的研究》是依託江蘇理工學院，由黃壽強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含鉻電鍍廢水構建磁性上轉換光催化材料的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃壽強
- 依託單位：江蘇理工學院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
廢物資源化利用製備具有上轉換髮光功能的光催化材料對減少環境污染和資源浪費具有重要的科學意義和實用價值。本項目在鐵氧體法處理電鍍廢水的研究基礎上，提出以含鉻電鍍廢水中製備的含Ca複合鐵氧體作為Ca源、窄帶隙半導體和磁基質，在形成稀土摻雜CaF2/TiO2混合包裹層後負載ZnO，構建具有高效上轉換髮光和寬光譜利用的磁性上轉換光催化材料。考察稀土摻雜CaF2/TiO2包覆層對短波長上轉換髮射光譜、吸收邊及複合鐵氧體中金屬離子擴散的影響，建立複合鐵氧體、TiO2和ZnO之間的異質結構，最佳化光生電子與空穴的分離效率；研究上轉換光催化材料在光催化降解有毒有機污染物上的套用，揭示光催化反應機理，並對其循環光催化使用性能和浸出毒性進行評價，從而發展一種可資源化利用電鍍廢水製備磁性上轉換光催化材料的新方法及其相應理論。
結題摘要
上轉換光催化材料仍舊存在上轉換髮射光譜利用率低、光生載流子分離差和難以回收等缺點，使其光催化性能和套用效果達不到預期目標。為了研究開發成本較低且具有寬光譜利用和可磁性回收的上轉換光催化材料，本項目選擇利用從電鍍廢水中得到的複合鐵氧體與光催化材料結合，因為此類複合鐵氧體飽和磁化強度高，而且本身就是窄帶隙半導體。同時，在電鍍廢水的鐵氧體法處理過程中，常引入大量的生石灰(CaO)或Ca(OH)2進行調鹼，使複合鐵氧體中存在大量的Ca2+離子。雖然Ca2+離子會降低複合鐵氧體的品質，但正好可用來形成CaF2作為上轉換稀土離子摻雜的基質材料。從而實現了將複合鐵氧體作為磁基質、窄帶隙半導體和Ca源，在引入稀土離子、F-離子和TiO2的基礎上，構建了稀土摻雜 CaF2/TiO2雜合包覆複合鐵氧體的磁性上轉換光催化材料。在鐵氧體法處理含鉻電鍍廢水中，通過投加不同量的Ca(OH)2製備了一系列含Ca複合鐵氧體。當Ca(OH)2的投加量與其水中飽和濃度的質量比為3:1時，得到的沉澱中，CaSO4•2H2O和複合鐵氧體的XRD衍射峰強度最高，相應的比飽和磁化強度達到了22.53 emu/g。獲得的磁性上轉換光催化材料主要含有(Ca0.8Yb0.2)F2.2、銳鈦礦TiO2和複合鐵氧體三種物相，從微觀形貌判斷，複合鐵氧體基本上都被(Ca0.8Yb0.2)F2.2/TiO2包裹，並且複合鐵氧體與TiO2之間構成了異質結構。所有的磁性上轉換光催化材料都具有寬光譜吸收利用性能，截止到1200nm左右的光譜範圍以及上轉換得到的紫外光、可見光和近紅外光都能被吸收用於光催化反應。在全光譜照射3小時內，磁性上轉換光催化材料對甲基橙、水楊酸和環丙沙星等有機污染物的降解效率都可達到90%以上。與常規光催化材料相比，更高的光能利用效率、上轉換髮光效率和光生載流子分離效率使磁性上轉換光催化材料能夠產生更多的羥基自由基和超氧自由基對有機污染物進行降解。相關研究結果至今已在Appl. Catal. B: Environ.、J. Hazard. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Adv. Opt. Mater.、Nat. Commun.等期刊發表SCI收錄論文10篇。
