半導(dǎo)體光催化處理有機(jī)污染物性能的研究.pdf

1、隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和國(guó)民生活水平的逐漸提高，能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益凸顯，成為制約中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。光催化技術(shù)能夠?qū)⒌兔芏鹊奶?yáng)能轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)，并能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物降解為對(duì)環(huán)境友好的二氧化碳和水。因此，光催化技術(shù)成為解決未來(lái)能源與環(huán)境問(wèn)題最具潛力的解決方案之一。
　　中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品后期存儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中，存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。如:農(nóng)藥及除草劑的大量應(yīng)

2、用，使得農(nóng)藥殘留和農(nóng)藥廢水大量產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染;農(nóng)產(chǎn)品和熟果存儲(chǔ)與運(yùn)輸過(guò)程中，由于乙烯的產(chǎn)生造成大量腐爛和浪費(fèi)等。針對(duì)這些問(wèn)題，已開(kāi)展了大量研究，如:利用生物降解方法處理污水、通過(guò)高級(jí)氧化技術(shù)處理農(nóng)藥污水、通過(guò)物理吸附法吸收氣體污染物等。然而，這些技術(shù)存在先天的不足，如:生物技術(shù)難以應(yīng)用于高毒性、高鹽度污水處理;高級(jí)氧化技術(shù)成本較高且容易造成二次污染;活性炭吸附技術(shù)難以長(zhǎng)期使用，并且易造成二次污染等。在眾多解決農(nóng)業(yè)相關(guān)環(huán)境污染的

3、技術(shù)當(dāng)中，光催化技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如:適應(yīng)范圍廣、成本低、無(wú)二次污染等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為解決上述問(wèn)題的有效途徑之一。
　　本論文基于光催化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，選擇農(nóng)藥廢水和乙烯這兩個(gè)對(duì)環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品存儲(chǔ)具有嚴(yán)重危害的污染物作為研究對(duì)象，基于寬禁帶半導(dǎo)體光催化材料TiO2和Ga2O3，開(kāi)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(nèi)容如下:
　　第一章中，簡(jiǎn)單概述了納米材料、光催化材料及光催化技術(shù)的基本原理和發(fā)展過(guò)程。并對(duì)本論

4、文的研究背景和意義進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹?；趯?duì)光催化技術(shù)降解百草枯污水和乙烯的重要意義，結(jié)合在材料設(shè)計(jì)、制備及表征方面的基礎(chǔ)，提出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究思路。
　　第二章中，開(kāi)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(guò)研究發(fā)現(xiàn)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(jī)理?；谠撛恚l(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(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，解決百草枯污水環(huán)境污染的實(shí)際問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，選擇具有更高氧化能力的Ga2O3作為光催化材料，進(jìn)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(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、形貌及光吸收等基本物理性質(zhì)進(jìn)行了研究。隨后，利用四種不同晶相的Ga2O3開(kāi)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(guò)程中表現(xiàn)出比P25更高的光催化活性。通過(guò)對(duì)其電子結(jié)構(gòu)和能帶位置進(jìn)行

6、研究發(fā)現(xiàn)，其光催化活性主要由價(jià)帶位置決定。其中，具有最高價(jià)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(xiàn)出最高的整體光催化降解活性。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)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(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總結(jié)和梳理，分析并討論了現(xiàn)有工作存在的問(wèn)題和不足之處，并對(duì)下一步擬開(kāi)展的研究工作進(jìn)行了展望，制定了相關(guān)研究計(jì)劃。