氧化石墨烯光催化机理及在污水处理领域应用
Photocatalytic Mechanism of Graphene Oxide and Its Application in Sewage Treatment
水污染是一个国家在工业化进程中无法避开的难题,而河道水污染直接影响了流经城市的饮用水源,影响了人民的身体健康和生活质量.光催化水处理法是利用催化剂在光照下与水作用产生羟基自由基,利用它的强氧化性去除有机污染物来达到净化水质的目的.相比于传统方法,光催化氧化法具有能耗低、操作简便、环境友好以及对有机污染物没有选择性的突出优点,已经发展成为最具潜力的水处理办法.石墨烯材料问世后,对于光催化剂的研究逐渐转移到氧化石墨烯和TiO2、ZnO复合形成的纳米材料,利用氧化石墨烯的结构特性来增强半导体的光催化能力,但对于氧化石墨烯的单独研究则未见报道.氧化石墨烯作为一种半导体材料,其禁带宽度随着氧化程度的不同而变化,处于2.4eV4.3eV之间,在可见光下可能具有光催化效果.本文对Hummer法作出改进,制备了氧化石墨烯及分散液,并利用扫描电镜、透射电镜、紫外-可见光光谱、傅里叶变换-红外光谱、拉曼光谱和荧光共聚焦光谱对其进行了表征,结果表明成功制得了氧化程度很高的单层氧化石墨烯,且在可见光波长范围内具有光致发光特性,拥有光催化材料的必要结构和特性.以亚甲基蓝作为目标污染物测试其光催化降解有机物的能力,明确了氧化石墨烯光催化的机理,探究了催化剂浓度、搅拌条件、曝气氧气浓度和光强度等因素对于光催化效果的影响以及可能的作用规律,对氧化石墨烯光催化技术和物理及化学技术的联合运用做了尝试.之后将氧化石墨烯光催化技术应用到实际污染水体,对其在水处理领域实际应用效果进行评估.结果表明,1)氧化石墨烯对亚甲基蓝的降解符合光催化中的羟基自由基氧化机理2)降解效果会受到浓度、曝气、光强度的影响,在亚甲基蓝浓度为40mg/L,氧化石墨烯浓度为20 mg/L,曝气量为2L/min,氧气浓度为50%时,经过2h可见光照后亚甲基蓝降解率为62.9%,总去除率为89.9%;对于富营养化污水,200W全光谱LED光源的处理效率是普通照明灯效率的10倍.3)物理吸附技术对氧化石墨烯光催化没有促进作用;H2O2浓度为12mg/L时,2h光照下对催化效果的提升幅度为28%;外加电流密度为1mA/cm2时,经过2h可见光照后亚甲基蓝降解率为53%,总去除率为87.9%.对自然水体的处理结果表明氧化石墨烯对于富营养化污水有良好的净化效果.
- 作者：
- 刘洋洋
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 顾宝珊
- 中图分类号：
- O643.3；X703
- 关键词：
- 氧化石墨烯；光催化；亚甲基蓝；影响因素；联合工艺；富营养化污水
- graphene oxide; photocatalysis; methylene blue; influencing factors; combined process; eutrophic sewage;