半导体诱发的可见光-Fenton体系降解有机污染物研究

Fenton氧化技术是极具前景的有机污染物处理技术。但传统的Fenton体系Fe3+还原速率慢，严重阻碍Fe2+的再生和污染物的降解。UV-Fenton体系通过紫外光的照射实现铁离子的循环，但其可见光利用率低，限制Fenton体系的实际应用。本项目通过制备具有强可见光响应的Ta5+（氧）氮化物、Fe(III)负载Ta5+（氧）氮化物作为诱发剂实现可见光下的铁离子的循环：可见光照射下，Ta5+（氧）氮化物产生的光生电子迅速传递给Fe3+，形成Fe2+；Fe2+和H2O2发生Fenton反应产生oOH，生成Fe3+，实现了铁离子的持续循环；同时，oOH攻击溶液中的有机污染物，使其得到净化。本研究将太阳光引入到Fenton体系中，实现可见光Fenton体系高效降解有机污染物的目的；为可见光-Fenton体系走向实用化提供理论指导和基础数据，具有重大的科学意义和广泛的应用前景。

Fenton类氧化技术是最有前景的POPs处理技术之一。传统Fenton体系中Fe3+还原效率低；光照能促进Fe3+的还原，但入射光波长必须为小于360 nm的紫外光。本项目针对以上问题，制备有可见光催化活性的半导体氮（氧）化钽（TaON和Ta3N5）颗粒和纳米管阵列，引入光-Fenton体系，实现可见光-氮（氧）化钽-类Fenton体系快速降解有机污染物阿特拉津。.通过高温气固氮化法进行Ta2O5的掺氮反应。采用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）分析、X-射线光电子能谱（XPS）分析、紫外-可见（UV-DRS）漫反射光谱分析、比表面积（BET）对所制备的氮（氧）化钽进行表征。表征数据表明，氮化温度和氮化时间的增加能够增加掺氮量，但是氨气流量对掺氮量的影响较小。UV-DRS结果表明氮（氧）化钽能够将吸收边界红移至可见光范围。.考察不同条件下制备的氮（氧）化钽样品在可见光对Fe3+的还原情况。氨气流量0.3 L•min-1、在700℃下氮化6 h制备出的样品在可见光下还原Fe3+的能力最强，3 h后Fe3+还原率为7.15%。该样品是TaON和Ta3N5的混合物，以TaON为主。进一步制备了纯的TaON和Ta3N5，证实了TaON在可见光下还原Fe3+的能力要强于Ta3N5，而且TaON和Ta3N5对Fe3+的还原存在协同作用。.将氨气流量0.3 L•min-1、在700℃下氮化6 h制备出的样品应用于可见光-类Fenton体系，考察了可见光-氮（氧）化钽-类Fenton体系处理阿特拉津的各种因素——光强、氮（氧）化钽投加量、Fe3+、H2O2、阿特拉津初始浓度及pH值对降解的影响；H2O2的浓度变化揭示影响的原因。重复降解实验表明，催化剂的稳定性良好。.通过阿特拉津中间产物产生情况推测阿特拉津的降解机理。阿特拉津侧链上的C-N键较易被•OH攻击，产生脱烷基产物，随后脱烷基产物发生脱氯反应，形成脱氯产物，脱氯产物脱氨基后形成三聚氰酸。.采样阳极氧化法制备出氧化钽纳米管，再进行氮化得到Ta3N5纳米管。该纳米管具有良好的Fe3+光还原活性，大大促进了可见光-类Fenton体系降解阿特拉津的速率，且稳定性好。相比颗粒态纳米氮（氧）化钽，Ta3N5纳米管具有回收方便，不需后续处理的优点，具有良好的实际应用前景。