基本信息
- 项目名称：
- 高效环保型凹凸棒土--BiOCl--TiO2复合光催化剂的制备及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- （1）能源危机与环境问题凸现 （2）废水处理现状 获得性能高效、在可见光范围内具有响应性能的光催化剂；光催化剂的固定、回收问题。光催化技术及特点：环境友好、低能耗、易操作、无二次污染、可以将有机物直接转化为CO2和水。
- 详细介绍：
- 凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石（attapulgite ）为主要组分的一种粘土矿物。凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力 。 凹凸棒土原土性能可归纳为胶体性能、吸附性能、补强性能、载体性能，在各行各业中被广泛使用。前人对凹凸棒石粘土已经进行了一些研究，例如凹凸棒石粘土制药的临床试验、凹凸棒石吸附黄曲霉素等有害物质研究、凹凸棒石粘土- 橡胶复合材料造浆研究等。 光催化剂的实用化研究一直受到人们的广泛重视，目前的研究热点主要集中在探索新型光催化材料，本课题将凹凸棒土的高吸附特性和光催化技术结合起来，将活性光催化剂负载在凹凸棒土表面，由于凹凸棒土的载体作用，可以解决光催化剂的固定化问题；将BiOCl、TiO2两种不同能级的半导体光催化剂耦合，明显提高了催化剂的光催化性能；同时，由于凹凸棒土的特殊棒晶状结构，使光催化剂易于沉降、分离，重复利用，解决了催化剂的重复利用问题，具有突出的优点和特点。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 针对环境资源中有机污染物难以深度降解的突出问题，同时考虑一般光催化剂吸附性差、易团聚、难以回收、重复利用等问题，本文将以丰富的矿产资源——凹凸棒黏土为吸附剂和催化剂载体，通过溶胶-凝胶工艺，设计高效可见光催化剂的组成，并将其有效固载在凹土表面。这样，既可以实现对有机污染物的深度降解，又可以降低光催化剂的合成成本，解决其固定、回收问题，使光催化技术的工业化应用成为可能。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题将凹凸棒土的高吸附特性和光催化技术结合起来，将活性光催化剂负载在凹凸棒土表面，由于凹凸棒土的载体作用，可以解决光催化剂的固定化问题；将BiOCl、TiO2两种不同能级的半导体光催化剂耦合，明显提高了催化剂的光催化性能；同时，由于凹凸棒土的特殊棒晶状结构，使光催化剂易于沉降、分离，重复利用，解决了催化剂的重复利用问题，具有突出的优点和特点。
应用价值和现实意义
- 1）产品合成工艺简单，易于工业化。凹凸棒土经过简单纯化后直接用于材料的制备过程，无需活化或表面改性，大大简化了合成工艺。 2）成本低，无污染。由于本产品采用了地方丰富的矿产资源——凹凸棒土为载体，而且表面负载的活性催化剂原料多为常见的无机盐，极大地减少了用料投入，成本明显降低。 3）产品的稳定性高。对有机染料的降解去除率达90%以上，重复使用4次后仍然就有很高的光催化性能。
学术论文摘要
- 以凹凸棒黏土为基体，通过原位溶胶-凝胶工艺，将一系列不同比例的BiOCl -TiO2（r = nBi/(nBi + nTi) = 1, 1/2, 1/3, 1/4,1/5, 1/6, 0）复合氧化物负载于凹凸棒黏土表面，制备凹凸棒黏土复合型光催化剂(Att-BiOCl-TiO2)。研究结果表明，BiOCl-TiO2复合氧化物均匀地负载于凹凸棒黏土表面；经过复合氧化物负载改性后，凹凸棒黏土的表面形貌得到明显改善，产物的负载效果好、比表面大。以光催化降解甲基橙为探针，研究了凹凸棒黏土复合光催化的光催化性能。结果表明，凹凸棒黏土复合光催化显示出优异的光催化性能，其光催化活性顺序为Att-BiOCl-TiO2 > Att-BiOCl > Att-TiO2>Att；而且r=nBi/(nBi + nTi)比例对凹土复合光催化剂的性能有明显的影响：当r=nBi/(nBi + nTi)=1/4时，Att-BiOCl-TiO2显示出与P25接近的优异光催化性能，40min内对100mg/L甲基橙的降解率达98.6%。实验证实Att-BiOCl-TiO2复合光催化剂可重复利用。
获奖情况
- 2009年淮阴师范学院科技文化周大学生论文评选中荣获一等奖
鉴定结果
- 该论文以凹凸棒土为基体，通过溶胶-凝胶工艺将不同能级的半导体光催化剂有效负载于凹凸棒黏土表面，研究改性凹土对染料废水的吸附性能和光催化性能。该工艺简单、投资少，有较强的理论价值和利用价值。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 光催化剂的实用化研究一直受到人们的广泛重视，目前的研究热点主要集中在探索新型光催化材料，探索纳米结构与光生空穴－电荷的分离和迁移性能；探索光电协同催化作用，提高光生空穴－电荷的分离效率以及有机物降解活性研究；探索含共轭π键材料和光催化材料杂化作用，提高光催化活性、抑制光腐蚀，提高光催化剂对污染物的吸附以及拓展可见光活性等。最近关于光催化剂的固定化研究，也成为光催化领域的热点之一。将光催化剂固定在载体表面，能有效的防止纳米粒子团聚，增加光催化剂的比表面积及吸附性能，克服悬浮相光催化剂的缺点。光催化剂的载体，要有稳定性、高强度、低价格和大的比表面积。目前，已有许多以活性碳、硅藻土、蒙脱土等材料为载体，制备性能高效的光催化材料。 凹凸棒黏土，也是一种重要的催化剂、吸附剂载体，其价格低廉、比表面积大、化学稳定性好、吸附能力强，环境废水治理方面已有较多的应用研发，但基本上是基于凹土的吸附性能，主要是通过无机或有机的方法对凹土进行改性，增大凹土的比表面积或改变其表面的亲疏水性质，以实现其对有机污染物或重金属离子的吸附。但是，这一方法的最大问题在于它只吸附污染物料，不破坏其结构，不能实现对污染物的深度降解；同时，吸附量有限，难以实现现场再生。因此，如果能在充分发挥凹土的吸附性能的同时，又能实现对有机污染物的深度处理，这将是一个双赢的举措。已有研究表明，将凹土作为载体在其表面复合TiO2颗粒，用于染料废水处理，具有较好的降解性能。但由于TiO2的能隙较大，只能吸收紫外光，其降解率和降解的污染物有限，需要对其进行复合改性以改善其降解性能。本文采用软化学手段实现对催化剂组成和结构的设计、调控，获得多种微结构、高效的复合光催化剂；并且选用地方区域优势资源——凹凸棒黏土作为载体材料，将高效复合光催化剂有效负载在凹土表面，其资源丰富、成本低廉，相对其它光催化剂的合成原料具有明显的成本优势。
