半導體光催化處理有機污染物性能的研究.pdf

1、隨著中國經濟的飛速發(fā)展和國民生活水平的逐漸提高，能源短缺和環(huán)境污染問題日益凸顯，成為制約中國社會經濟進一步發(fā)展的兩個關鍵問題。光催化技術能夠將低密度的太陽能轉化為高密度的化學能，能夠同時實現能源轉化與存儲，并能夠將有機污染物降解為對環(huán)境友好的二氧化碳和水。因此，光催化技術成為解決未來能源與環(huán)境問題最具潛力的解決方案之一。
　　中國是農業(yè)大國，在農業(yè)生產和農產品后期存儲及運輸過程中，存在著嚴重的環(huán)境污染問題。如:農藥及除草劑的大量應

2、用，使得農藥殘留和農藥廢水大量產生，造成嚴重的環(huán)境污染;農產品和熟果存儲與運輸過程中，由于乙烯的產生造成大量腐爛和浪費等。針對這些問題，已開展了大量研究，如:利用生物降解方法處理污水、通過高級氧化技術處理農藥污水、通過物理吸附法吸收氣體污染物等。然而，這些技術存在先天的不足，如:生物技術難以應用于高毒性、高鹽度污水處理;高級氧化技術成本較高且容易造成二次污染;活性炭吸附技術難以長期使用，并且易造成二次污染等。在眾多解決農業(yè)相關環(huán)境污染的

3、技術當中，光催化技術具有獨特優(yōu)勢，如:適應范圍廣、成本低、無二次污染等眾多優(yōu)點，成為解決上述問題的有效途徑之一。
　　本論文基于光催化技術的優(yōu)勢，選擇農藥廢水和乙烯這兩個對環(huán)境污染和農產品存儲具有嚴重危害的污染物作為研究對象，基于寬禁帶半導體光催化材料TiO2和Ga2O3，開展了光催化降解百草枯污水和乙烯氣體降解的研究工作。具體內容如下:
　　第一章中，簡單概述了納米材料、光催化材料及光催化技術的基本原理和發(fā)展過程。并對本論

4、文的研究背景和意義進行了簡單介紹?；趯獯呋夹g降解百草枯污水和乙烯的重要意義，結合在材料設計、制備及表征方面的基礎，提出了本論文的主要研究內容和研究思路。
　　第二章中，開展了光催化降解百草枯污水的研究。選擇P25作為光催化材料，在紫外光照射下降解百草枯污水。通過研究發(fā)現百草枯污水中的NH4+和Cl-是影響光催化降解百草枯污水活性的主要因素，并提出了光催化降解百草枯污水的機理?；谠撛?，發(fā)展了一整套降解百草枯污水的工藝流程，

5、該工藝有望應用于實際工業(yè)生產，解決百草枯污水環(huán)境污染的實際問題。在此基礎上，選擇具有更高氧化能力的Ga2O3作為光催化材料，進一步提高了其光催化降解速率。
　　第三章中，制備了四種不同晶相的Ga2O3，并對其晶體結構、形貌及光吸收等基本物理性質進行了研究。隨后，利用四種不同晶相的Ga2O3開展了光催化乙烯降解研究。研究表明，四種晶相的Ga2O3光催化材料在乙烯降解過程中表現出比P25更高的光催化活性。通過對其電子結構和能帶位置進行

6、研究發(fā)現，其光催化活性主要由價帶位置決定。其中，具有最高價帶位置的α-Ga2O3具有最高的單位面積光催化降解乙烯活性。而γ-Ga2O3因其具有最高的比表面積，在四種晶相Ga2O3中表現出最高的整體光催化降解活性。在此基礎上，開展了利用四種晶相Ga2O3光催化二氧化碳還原的研究。
　　第四章中，對本論文的研究內容進行總結和梳理，分析并討論了現有工作存在的問題和不足之處，并對下一步擬開展的研究工作進行了展望，制定了相關研究計劃。