二硒化钨基复合材料的制备及其降解处理有机废水的研究

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当今社会,光催化技术的应用范围日益广泛,研究者对于光催化材料的研究方向逐渐拓宽。化工类企业生产过程中产生的有毒有害的有机废水,严重污染了人类生存的水环境,对人体健康产生了巨大威胁。利用光催化技术处理有机废水更是一种安全可靠的科学办法,而光催化技术的核心就是光催化材料的探究。其中由于过渡金属化合物的半导体性能,二硒化钨(WSe2)作为催化剂逐渐进入研究者的视野。本论文设计合成了WSe2-聚噻吩(PTh)/氮掺杂氧化石墨烯(NG)、WSe2量子点(WSe2QD)/氮掺杂氧化石墨烯(N-GO)以及FeSe-WSe2复合可见光催化剂,并且探究了这些光催化剂对模拟染料废水的光催化降解性能。具体内容如下:(1)采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO),以GO、WSe2和聚噻吩(PTh)为原料,尿素为氮源采用一步水热法制备了氮掺杂氧化石墨烯(NG)改性WSe2复合材料(WSe2-PTh/NG)。经过SEM、Mapping、TEM、UV-vis、XRD和FT-IR、电化学阻抗谱、光响应电流等方法对样品的形貌、结构和成分进行了表征。探究WSe2-PTh/NG复合材料光催化反应的最佳实验条件,以及对MB的降解效果并提出合理的光催化降解MB的机理。实验结果表明,在PTh质量分数为12.5%的WSe2-PTh/NG复合光催化剂,投加量为0.05g对浓度为1.0×10-4mol/L的亚甲基蓝溶液降解效果最好,60min去除效率达到94.8%。而且它具有良好的稳定性和可重用性,六次循环实验后,MB的去除效果仍大于80%。(2)将WSe2通过机械剥离法首次制备了WSe2QD,以WSe2QD,GO为原料,尿素为氮源采用水热法制备了复合材料WSe2QD/N-GO。并使用TEM、SEM、EDS、电子衍射、XPS、UV-vis、BET等方法对WSe2QD和WSe2QD/NG进行表征。以复合物对模拟染料废水MB进行光催化降解实验,探究最佳实验条件。结果表明,在光催化剂投加量仅为0.01g,量子点比例为4.7%wtWSe2QD/NG对50mL浓度为1.0×10-4mol/L的MB溶液去除效果最好。在光反应时长60min时,MB去除率为92.7%。(3)在水合肼、盐酸存在的条件下,利用FeCl3与WSe2、亚硒酸钠进行水热反应,合成Fe Se-WSe2复合光催化剂。根据Fe含量不同合成出了不同质量分数的FeSe-WSe2复合光催化剂,用XRD、SEM、TEM、UV-vis DRS、XPS、BET等对样品进行了表征。在最佳光催化条件下研究复合物对MB的降解效果以及MB降解过程的机理。结果表明,Fe原子质量分数为37%的FeSe-WSe2复合物,在pH值为7,Fe:H2O2质量比为1:70时,降解浓度为6.0×10-5mol/L的MB溶液效果最好,去除率达99.9%。
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