廉价金属掺杂TiO2光催化剂制备与性能研究.pdf
摘要
随着工业的蓬勃发展，促进经济繁荣的同时，也给生态环境带来严重威胁。
工业生产废水成分复杂，含有多种有毒有害物质，其中偶氮染料和抗生素应用广
泛，释放至水体后，引发严重的生态环境和健康问题。因此，如何有效处理废水
中偶氮染料和抗生素已成为环境修复领域的研究热点。光催化技术作为一种具有
广阔前景的环境修复手段，受到广泛关注。在众多光催化剂中，由于二氧化钛
（TiO）具有化学稳定性高、催化能力好、环保无毒等优点，广泛应用于环境治
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理中。但改性TiO成本较高、TiO颗粒在水体中难以回收、对可见光利用率低等
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因素制约了TiO2的应用。因此，研发具有低成本、磁性分离功能、在可见光下响
应的TiO2光催化材料，具有显著的科学意义和实际应用价值。本文以TiO2为基
体，掺杂廉价双金属Fe/Ni和Cu/Ni对TiO进行改性，进一步将Cu/Ni@TiO分
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别与FeO和FeSiB磁性材料进行复合，构造具有低成本、易回收、在可见光
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下响应的TiO2光催化材料。选取甲基橙和盐酸四环素作为主要目标污染物，COD
标准溶液辅助验证光催化材料降解性能。深入分析催化剂复合配比、pH值、催化
剂投入量等因素对降解性能的影响，探究Cu/Ni@TiO/FeSiB复合体系下光催
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化降解甲基橙和盐酸四环素的途径，揭示该改性材料对废水中甲基橙和盐酸四环
素的修复机制，主要研究工作如下：
1Fe/Ni@TiOCu/Ni@TiO
（）采用廉价双金属掺杂构筑2和2催化剂，改性后的
TiO吸收波长均发生红移，有效增加对可见光的利用率。经过对比两种催化剂性
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能，发现Cu/Ni@TiO-3催化剂性能最优，在可见光驱动下，pH2、甲基橙初始
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浓度5mg/L、催化剂用量5g/L时180min甲基橙降解率达到95.95%。结果表明，
溶液pH值在2-4之间两种光催化剂具有较好的降解性能，随着pH值增加，催化剂
的降解性能出现不同程度下降。
（2）选取降解性能良好的Cu/Ni@TiO与FeO磁性材料进行复合，构筑具有
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I
沈阳大学博士学位论文
核壳结构、磁性可回收利用的复合光催化材料Cu/Ni@TiO/FeO。研究结果表明，
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复合光催化剂吸收波长均发生红移，其中Cu/Ni@TiO/FeO-2降解性能最优，在
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可见光下，pH4、甲基橙浓度5mg/L、HO加入量为1.0mmol/L时，50min甲
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基橙的降解率达到92.79%，在此条件下，150min时，对盐酸四环素的降解率可
达72.44%。为验证复合催化剂普适性，进一步对混合染料废水和实际印染废水进
行降解，结果表明，对混合染料废水降解率可达50%以上，对三种实际印染废水
的COD去除率均可达50%以上。
3Cu/Ni@TiOFeS