基本信息
- 项目名称：
- 钴取代杂多催化剂的合成制备与可见光催化性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究在探索钴取代杂多阴离子PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)可见光催化作用的基础上制备了新型固体可见光催化剂PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基体表面的固体薄膜可见光催化剂，并应用于有机污染物罗丹明B(RhB)的可见光和太阳光催化降解，取得了明显的光催化降解效果，从而为利用太阳光能降解去除水体有机污染物开辟了新颖途径。
- 详细介绍：
- 旨在开发利用太阳光能，高效低耗去除水体有机污染物，本研究以Keggin型过渡金属钴取代杂多化合物 PW11O39Co(II)(H2O)5-(PW11Co)的可见光催化性能为基础，制备了新型固体可见光催化剂PW11Co/TiO2及其涂覆在玻璃基体表面的固体薄膜可见光催化剂，并应用于有机污染物罗丹明B(RhB)的可见光和太阳光催化降解，取得了明显的光催化降解效果，例如，在0.27g PW11Co/TiO2存在下，250 mL的10µmol•L-1RhB水溶液仅需可见光照30 min，RhB的降解率即达到100%，重复使用5个循环后，PW11Co/TiO2的可见光催化活性几乎不变。在1.8×2.4 cm2 PW11Co/TiO2薄膜存在下，250 mL的10µmol•L-1RhB水溶液可见光照70 min，RhB的降解率达100%；太阳光照120 min，RhB的降解率为95%。因此，所开发的新型固体可见光催化剂PW11Co/TiO2有可能在利用太阳光能降解去除水体有机污染物方面得到应用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- PW11Co显粉红色，能吸收太阳光中的蓝绿光，可能是性能优良的可见光催化剂。因此，本文拟合成PW11Co，在研究其均相可见光催化性能基础上，将它负载于TiO2制备PW11Co/TiO2新型固体可见光催化剂，并研究对RhB的可见光和太阳光催化降解效果，同时将PW11Co/TiO2涂覆在玻璃基体表面的薄膜上，评估其光催化性能和太阳光催化降解效果，为新型催化剂在实际水处理中的应用奠定实验和理论基础。
科学性、先进性及独特之处
- 本文用严格的实验方法和先进的手段合成制备和证实了PW11Co均相可见光催化剂和PW11Co/TiO2固体可见光催化剂对RhB光降解的可见光催化活性和显著效果，提出了光催化作用的机理，并阐明了光催化作用的本质和各种因素影响的规律，具有很强的科学性。所制备的PW11Co/TiO2固体可见光催化剂催化活性高，催化性能稳定，在性能方面具有国际先进性，在材料性质方面具有独特性。
应用价值和现实意义
- 作品所开发的PW11Co/TiO2固体可见光催化剂，用于RhB的可见光和太阳光催化降解，效果明显，性能稳定，有可能在利用太阳光能去除水体有机污染物方面获得实际应用。同时，研究过程所揭示的各种因素对降解速率的影响规律和催化作用的本质对于新型催化剂PW11Co/TiO2转化为实际应用技术也具有重要的理论指导意义。
学术论文摘要
- 以Keggin型钴取代杂多阴离子PW11Co为光催化剂，有机染料RhB为模型污染物，研究了PW11Co对RhB的均相可见光催化降解作用，考察了RhB和PW11Co浓度以及溶液pH对RhB光催化降解速率的影响，并用可见吸收和荧光发射光谱研究了PW11Co和RhB的相互作用，提出了PW11Co光催化作用的机理及PW11Co与RhB作用的方式。结果表明125µmol•L-1PW11Co+10µmol•L-1RhB水溶液在可见光照射下反应120 min，RhB 的降解率达100%，总有机碳去除率约 34%。用溶胶凝胶法将PW11Co固载到TiO2上制备了PW11Co/TiO2固体光催化剂，并用红外光谱和XRD、SEM进行了表征。用TG-DTG和固体漫反射紫外-可见吸收光谱研究了PW11Co/TiO2的热稳定性及光吸收性质，并将PW11Co/TiO2应用于RhB的异相可见光催化降解，结果表明10 µmol•L-1RhB水溶液仅需光照30 min，RhB的降解率即达到100%，重复使用 5个循环PW11Co/TiO2 的可见光催化活性几乎不变，显示了PW11Co/TiO2的高效性和稳定性。同时将PW11Co/TiO2涂覆在玻璃基体表面的薄膜上，分别考察了其在可见光和太阳光下催化降解RhB的性能。
获奖情况
- 2011年海南省第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛自然科学类一等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 近年来，高级氧化技术中的光催化法在处理染料废水方面备受关注，其中研究最广泛的催化剂是二氧化钛(TiO2)，因为它具有价格低廉、稳定性高、处理效果好等优点。但TiO2的禁带宽为3.2 eV，只能吸收在太阳光中占5%左右的紫外光，太阳光能的利用率较低，因此寻求可见光范围内的光催化剂成为了人们研究的焦点和热点。一方面是TiO2的改性研究，例如通过掺杂或染料光敏化等方法使TiO2的光吸收范围扩展至可见光区；另一方面是寻求新型的光催化剂，例如杂多酸盐，ZnxCd1-xS固溶体, 铋酸盐NaBiO3，掺杂稀土的钒酸盐Ag3VO4及复合物PANI/BiVO4等。虽然这些光催化剂都能吸收一定波长的可见光催化降解有机污染物，但效果并不十分理想。一方面是由于结构比较简单的限制，这些催化剂的可见光吸收波长范围比较窄，太阳光能的利用效率仍然不高；另一方面是这些催化剂用于光催化降解有机污染物达到完全降解的时间比较长，因此，如何缩短有机污染物达到完全降解的时间仍然是一个要解决的问题。
