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环境材料的合成及应用

开发可见光响应的催化剂以及提高光催化效率是当前该技术在走向实用化道路上亟待解决的问题








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1. 新型高效可见光催化剂的制备及降解纺织印染废水 随着经济的快速发展,环境污染问题已经成为制约国民经济发展的主要因素。光催化技术具有很强的分解和矿化污染物的能力,因此,成为污染控制领域的研究热点。开发可见光响应的催化剂以及提高光催化效率是当前该技术在走向实用化道路上亟待解决的问题。 本研究方向包含以下三个方面的内容:一是,开发可见光响应的催化剂。这类催化剂的开发,为实现以太阳光为激发光源,光催化处理难降解污染物奠定了基础。开发可见光响应的催化剂的主要思路是宽禁带半导体材料的吸收光谱扩展或者是开发本身具有宽禁带的半导体材料。所开发的可见光响应的催化剂包括H3PW12O40/TiO2(锐钛)、Sn-SnO2/C、ZnO–ZnS/C、BiVO4等。二是,催化剂性能提高的研究。影响光催化效率的因素主要有三个方面:光吸收效率、光生电子与空穴分离效率及催化剂表面氧化还原反应速率。首先,从提高光生电子与空穴的分离效率入手,通过构建异质结与外加电压两种方法,提高催化剂的催化性能。Gr是单层石墨,其特有的电荷迁移速率较高、稳定以及透光性好等特性使其成为较好的构建异质结的材料。构建了Gr/InNbO4肖特基结,InNbO4受激发产生的光生电子迅速的迁移至Gr,抑制了光生电子和空穴的复合,使InNbO4光催化降解污染物的性能有所提高。将BiVO4膜制备成电极,通过外加偏压,将光生电子迅速的迁移至外电路,提高了光生电子和空穴的分离效率,进而提高其光催化性能。其次,从提高催化剂表面氧化还原反应速率入手,通过Si掺杂对BiVO4进行表面修饰,使其表面羟基的数量增多,加速表面氧化还原反应的速率,达到了提高其光催化效率的目的。三是,可见光光催化降解难降解有机物的研究。以目前环境热点难降解有机物苯酚和RhB染料为目标污染物,对其进行光催化降解研究,得到了较好的处理效果。并对其降解机理进行了初探。

2. 新型介孔材料硅气凝胶及其复合环境材料的研究 研究内容包括:①高效吸附性亲水/疏水型水质净化材料研究(包括染料、有机废水、油污处理、抗生素污染等净化处理);②空气净化材料的研究(包括介孔SiO2高效吸附材料、TiO2-SiO2吸附/光催化协同型空气净化材料)。③环保隔热材料的研究(包括无机防火隔热材料的研究、无机/有机隔热复合材料的研究等) 介孔气凝胶材料是一种轻质多孔的新型材料,孔隙率最高可达99%,密度最低可达3kg/m3,具有优异的吸附性质,也是良好的载体材料。近年来,课题组针对SiO2气凝胶及SiO2-TiO2、SiO2-WO3-TiO2等复合材料进行了系统的科学研究与实际应用探索。在常压干燥条件下,采用廉价工业原料水玻璃、粉煤灰等成功地制备了疏水的介孔SiO2基多种气凝胶材料,对其结构、性质等基础理论以及实际应用方面进行了深入的研究工作。研究所得TiO2-SiO2等复合光催化材料不仅具有高效的气体吸附效率,而且由于TiO2所具有的光催化降解能力,使得高效吸附及光催化降解双重功效协同作用,有效地提高了对有害气体的净化能力。

3. 环境友好型固体废弃物的资源化利用研究 利用粉煤灰、微硅粉等工业废渣,制备新型介孔、多孔材料,如沸石、白碳黑、气凝胶材料等。对于有机硅废弃物的无害化处理,提取其中的硅、铜等有益元素。 得较大突破。