磁性α-Fe2O3@TiO2修饰多孔壳聚糖对酸性红337的吸附-光催化降解机理研究

The treatment and reuse of printing and dyeing wastewater has become a bottleneck restricting the development of dyeing enterprises. Aiming at the secondary pollution caused by simple adsorption recovery method. Photocatalytic treatment of dye wastewater is inefficient due to the high photogenerated electron-vacancy recombination rate. In this project, magnetic porous chitosan composites modified withα-Fe2O3@TiO2 will be prepared by co-precipitation, heat treatment, hydrolysis and cross-linking. The proportion of Fe3O4 to α-Fe2O3, the heterogeneous structure of α-Fe2O3@TiO2 and the porosity of chitosan will be adjusted by controlling the preparation process. The dyeing wastewater system will be simulated with acid red 337 and Na2SO4 dyes. The effect of the micro-structure of porous chitosan modified by magnetic α-Fe2O3@TiO2 on the adsorption-photocatalysis effect will be studied, and the relationship between the micro-structure, strong adsorption and high-efficiency photocatalysis will be established. The influence mechanism of salt on adsorption and photocatalysis was studied. The synergistic adsorption mechanism and the synergistic degradation mechanism of adsorption, heterojunction and photocatalysis will be clarified.

印染废水的治理回用成为制约染企发展的瓶颈，针对单纯采用吸附法和光催化法治理染料废水时分别出现的回收产生二次污染和光生电子-空位复合率高导致的效率不高的问题。本项目提出采用共沉淀法+热处理法+水解法+交联法相结合制备磁性α-Fe2O3@TiO2修饰多孔壳聚糖复合材料，通过控制制备工艺过程调节Fe3O4与α-Fe2O3的比例、α-Fe2O3/TiO2的异质结构、壳聚糖的孔隙率等。以常用染料酸性红337和Na2SO4构成体系模拟印染废水体系，研究磁性α-Fe2O3@TiO2修饰多孔壳聚糖的微观结构对吸附-光催化效果的影响，建立微观结构与强吸附、高效光催化的关系。研究盐分对吸附、光催化的影响机理。阐明其协同吸附机理和吸附、异质结、光催化协同促进降解机理。

印染废水水量大、成分复杂,因此印染废水的治理回用成为制约染企发展的瓶颈，针对光催化降解染料法治理染料废水时出现的光催化剂回收困难、回收产生二次污染、降解染料时未考虑助剂影响、及光催化剂自身的局限性等问题，本项目设计了磁性吸附剂-光催化剂和薄膜光催化剂，且实通过复合、掺杂等方法制备了磁性吸附剂、及薄膜和磁性光催化剂，降低了光催化剂禁带宽度和光生电子-空位复合率。项目研究了Fe3O4-壳聚糖的微观结构与吸附性能的关系并讨论了吸附机理；研究了磁性光催化剂Fe3O4@SiO2@TiO2等、Ag/TiO2薄膜的微观结构与光催化降解染料性能的关系并讨论了光催化降解机理，这可以为制备、设计同类光催化剂提供参考。Fe3O4@TiO2使TiO2（001）高能面暴露比例提高，但是容易被逐渐氧化，随着循环次数的增加，Fe3O4@TiO2逐渐失效。采用SiO2作为外壳，为避免Fe3O4被氧化、保持高磁性及循环使用光催化剂提供了保障，在三者复合及掺杂的过程中，发现复合与掺杂协同作用的效果比单一采用复合的效果好，Fe3O4@SiO2@N-TiO2光催化降解效果明显比Fe3O4@SiO2@TiO2光催化降解效果好，主要原因是复合与掺杂协同作用改善了禁带宽度和光生载流子的利用率。对于复杂的染料废水体系，我们研究了Fe3O4@SiO2@TiO2、Fe3O4@SiO2@N-TiO2、Ag/TiO2薄膜光催化降解含有助剂Na2SO4的染料废水，发现Na2SO4对Fe3O4@SiO2@TiO2、Fe3O4@SiO2@N-Ti O2光催化降解染料有促进作用，相同条件下，加入之后光催化降解率明显提高，促进光催化降解可能原因是离子的存在有利于提高光生载流子的分离从而提高了光催化降解的效果，而Na2SO4对Ag/TiO2薄膜光催化降解染料有明显的抑制作用，加入之后光催化降解率明显下降，而抑制光催化剂降解的可能原因，离子的存在减弱了Ag纳米颗粒等离子共振束缚电子的能力，从而降低了光生载流子的利用率。研究Na2SO4对光催化剂降解染料性能的影响，可以为实际染料废水体系选择合适的光催化剂提供参考。另外，MoS2薄膜是窄禁带半导体，本项目采用磁控溅射法还探索了MoS2薄膜及复合物的制备工艺，研究了其摩擦学方面的性能，后续将会对其光催化性能进一步的研究。