基本信息
- 项目名称：
- Bi2WO6催化剂的制备及其光催化降解染料与内分泌干扰物的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 染料废水成分复杂，色度深，性质稳定，用传统的生物法难以降解，是水污染控制领域的重大技术难题。作为单偶氮活性染料，活性艳红X-3B是印染废水中一种典型的污染物。环境内分泌干扰物是继“温室效应”、“臭氧层破坏”之后被世界公认的第三大环境污染问题。壬基酚及双酚A作为典型的环境内分泌干扰物，具有很强的雌激素效应和其他生物毒性。研究水体中染料及内分泌干扰物的去除对水处理技术及维护人类的健康有重要意义。
- 详细介绍：
- 光催化氧化技术由于操作简便、能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点被广泛的应用在有机污染物的降解过程中。由于大部分光催化剂 (如TiO2)仅对紫外光有响应，发展对太阳光有响应的新型可见光催化剂势必成为光催化氧化技术的一个重要发展方向。 本文旨在制备对可见光有响应的Bi2WO6光催化剂，并系统研究其对水体中X-3B、4-NP、BPA的去除效果和降解过程与机理。以证明水热合成的催化剂Bi2WO6具有良好的可见光催化活性，旨在为光催化技术的推广应用研究一种新型的可见光催化剂，同时也为难降解染料废水的处理、环境中内分泌干扰物的去除提供实验依据。作品光催化降解4-NP部分侧重光催化降解影响因素研究，与作者本科毕业论文4-NP降解机制研究重点不同，属于课外学术作品。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本课题拟针对难降解染料X-3B及环境中广泛存在的典型内分泌干扰物壬基酚，开发具有可见光响应的Bi2WO6纳米光催化剂应用于水处理技术，研究水热合成溶液pH、催化剂用量、光催化降解溶液pH等因素对光催化降解效果的影响，并对其降解动力学及降解机理进行探究；对于水处理技术以及绿色化学在环境领域的应用都具有一定的积极意义。
科学性、先进性及独特之处
- （1）采用水热合成法调节催化剂制备时溶液pH，得到具有可见光响应及高效催化活性的Bi2WO6催化剂；在pH=11条件下所制催化剂对污染物光催化降解效果最佳，并申请了发明专利（2）在可见光及模拟日光下，Bi2WO6光催化降解活性艳红X-3B、壬基酚、双酚A的效果远大于P25 TiO2，为印染废水及环境内分泌干扰物的处理提供有效降解途径（3）对Bi2WO6光催化降解X-3B、双酚A的机理进行了探究
应用价值和现实意义
- 开发新型高效的可见光催化剂Bi2WO6，并将其应用于染料废水及环境内分泌干扰物的处理，以提高太阳能利用率，建设资源节约环境友好型社会，对于水处理技术以及绿色化学在环境领域的应用具有重要意义。
学术论文摘要
- 1）采用水热合成法制备Bi2WO6光催化剂，水热合成中不同的pH对Bi2WO6的结晶度、形貌、吸光性能以及在可见光及模拟太阳光条件下降解效果具有不同的影响。在降解X-3B、4-NP、BPA的过程中，pH 11条件下制备的Bi2WO6具有最高的活性；降解反应均符合一级反应动力学2）Bi2WO6用量、X-3B的初始浓度、pH值等均会影响Bi2WO6对X-3B的光催化降解效果。弱酸性及碱性环境有利于降解反应进行。在体系中加入少量的H2O2，有较大的促进作用。Bi2WO6能使活性艳红X-3B的发色基团—偶氮键破坏，但不能使其完全矿化，光催化反应过程中有难以降解的中间产物生成3）Bi2WO6催化剂用量、pH值等均会影响其对4-NP的降解效果；酸性及强碱性条件下，Bi2WO6对4-NP的光催化降解效果较差。降解效果优于P25 TiO2，光照60min后其降解率可达到93%以上4）光照60 min后，BPA的去除率接近100%，矿化率为86.6%。Bi2WO6光催化降解BPA以空穴氧化和O2•－氧化为主，且BPA降解历程简单，通过4-异丙烯基苯酚、对苯二酚以及对羟基苯甲酸甲酯等最终被矿化为CO2。
获奖情况
- 1.期刊论文1： 张豪，王春英，李方，王亚琼，张涛，王钊，祝凌燕*. Bi2WO6可见光催化降解活性艳红 X-3B的研究[J].中国环境科学(EI 2007 IF=1.315). 2010,30(12): 1608~1613 2.期刊论文2： Chunying Wang,Hao Zhang,Fang Li,Lingyan Zhu*.Degradation and Mineralization of Bisphenol A by Mesoporous Bi2WO6 under Simulated Solar Light Irradiation. Environmental Science & Technology (SCI 2010 IF=4.630). 2010, 44(17): 6843~6848. 3.专利： 一种通过调节pH制备高效可见光催化活性Bi2WO6的方法.祝凌燕,王春英,张豪,李方,王亚琼,张涛,王钊ID#:200910245148.0 专利号:CN101757908A 4.主持项目及资助经费： 2009年“国家大学生创新性实验计划”项目(编号：091005518)，负责人，项目资助经费：1.5万元。目前已结题，评为“国家大学生创新性实验计划”校一等奖。 5 所获奖励：1）第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校级特等奖。2）第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛省（市）级特等奖。
鉴定结果
- 以上情况属实！
参考文献
- [1]孙振世,陈英旭,柯 强,等.TiO2/膨润土纳米复合光催化降解偶氮染料的研究 [J]. 环境科学学报, 2003,23(1):129-133. [2]Veronica V, Rose A, Donia B, et al. Photocatalytic oxidation of organics in water using pure and silver-modifiedtitanium dioxide particles [J]. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2002,148:233-245. [3]Eqling G A, Lin C. Photoassisted bleaching of dyes utilizing TiO2 and visible light [J]. Chemosphere, 2002,46:561-570. [4]So C M, Cheng M Y, Yu J C, et al. Degradation of azo dye procion red MX-5B by photocatalytic oxidation [J]. Chemosphere, 2002,46:905-912. [5]Stylidi M, Kondarides D I, Verykios X E. Pathways of solar light-induced photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous TiO2 suspensious [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2003,40(4):271-286. [6]石建敏,李巧玲,周仁贤,等.二氧化钛催化降解水溶性分散染料的研究 [J]. 水处理技术, 2002,28(2):105-107.[7]Shao Bing,Hu Jianying and Yang Min. A Survey of nonylphenol in aquatic environment of Chongqing Valley[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2002,22(1): 12～16.
同类课题研究水平概述
- 染料废水由于其成分复杂,色度深,性质稳定,用传统的生物法难以降解,一直是水污染控制领域的重大技术难题.作为一种单偶氮活性染料,活性艳红X-3B(简称X-3B),是印染废水中一种典型的污染物,在自然条件下不易分解,故难以用微生物去除.环境内分泌干扰物是继“温室效应”、“臭氧层破坏”之后被世界公认的第三大环境污染问题。壬基酚及双酚A作为典型的环境内分泌干扰物，具有很强的雌激素效应和其他的生物毒性。近年发展起来的光催化高级氧化技术在染料废水的处理方面具有广阔的应用前景. TiO2以其无毒、化学稳定性好、氧化能力强、无二次污染等优点成为理想的催化剂，TiO2在降解水中难去除有机污染物的方面已经有大量的研究。但TiO2禁带宽度为3.2ev，仅能吸收的波长小于387nm的紫外光，这部分紫外光在太阳光谱中仅占4%-6%，太阳光利用率低。为提高催化剂对太阳光的利用率，主要从两方面着手：一是对TiO2进行改性；二是研究新型可见光催化材料。TiO2的改性虽然使得光催化剂在可见区有了一定的响应，但是这往往以牺牲TiO2的紫外光活性为代价的，寻求廉价、环境友好并具有高性能的可见光光催化材料将是光催化技术研究的趋势。 Bi2WO6具有较高的可见光催化活性,不仅能在可见光条件下催化分解水产生O2,而且能使CHCl3和CH3CHO等污染物矿化.固相方法合成的催化剂由于颗粒粒径大,比表面积较小,不利于污染物在催化剂表面的吸附,光催化活性往往较低.与之相比,水热法可通过控制水热反应条件,得到不同结构和形貌的纳米粉体,具有较高的可见光催化活性. 本作品采用水热合成法制备Bi2WO6催化剂，并通过调节催化剂制备时溶液pH来制得不同形貌及催化活性的催化剂，并将其应用于降解印染废水中典型污染物活性艳红X-3B及环境中典型内分泌干扰物壬基酚及双酚A的研究，并探究其降解机理；降解效果远大于P-25 TiO2催化剂，对印染废水及环境内分泌干扰物的水污染控制具有积极意义。
