TiO2@酵母微球的調(diào)控合成及其催化性能研究.pdf

1、核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料由于能夠?qū)?nèi)核和外殼的功能進(jìn)行耦合，展現(xiàn)了非常好的應(yīng)用前景。尤其是草莓結(jié)構(gòu)TiO2@酵母菌光催化劑，將母核酵母菌的生物吸附功能和外殼的納米 TiO2顆粒的光催化功能進(jìn)行了整合，在光催化處理污水方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，對(duì)于在對(duì)草莓結(jié)構(gòu)TiO2@酵母菌光催化劑的合成過(guò)程中，如何對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)納米粒子的粒徑可控、覆蓋率可控等，是一個(gè)具有重要意義的課題。因此，本文以草莓結(jié)構(gòu) TiO2@酵母菌光催化劑作為研究對(duì)

2、象，致力于研究對(duì)其的可調(diào)控合成，并采用多種表征手段，對(duì)不同結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)物進(jìn)行物理化學(xué)性能的研究；以具有代表性的金屬離子和復(fù)雜的銅氰復(fù)合體系作為研究其光催化性能的載體，研究其光催化機(jī)理；以多種犧牲劑作為外加物質(zhì)，進(jìn)一步研究提升其光催化效果的途徑及其機(jī)理。
　　(1)以硫酸氧鈦為原料，通過(guò)控制水熱反應(yīng)以及水熱反應(yīng)后體系的pH，利用酵母和TiO2表面電荷相異，成功合成了草莓結(jié)構(gòu)的TiO2@酵母光催化劑。復(fù)合催化劑保持了酵母的橢球狀形態(tài)，

3、分散性好，粒徑分布均勻。pH=5時(shí)得到的 TiO2@酵母光催化劑的形貌最符合草莓結(jié)構(gòu)。TiO2@酵母光催化劑具有較好的紫外光光響應(yīng)能力。
　　(2)以四氯化鈦為原料，通過(guò)控制四氯化鈦的水解過(guò)程，成功的一步合成了草莓結(jié)構(gòu)的TiO2@酵母光催化劑。復(fù)合催化劑保持了酵母的橢球狀形態(tài)，分散性好，粒徑分布均勻的特點(diǎn)。調(diào)控四氯化鈦的添加量，制備得到兩種不同形貌的草莓結(jié)構(gòu)TiO2@酵母微球，通過(guò)SEM比較其形貌特征，EDS分析其元素分布特征，X

4、RD分析其晶型特征，UV-vis了解其光學(xué)特征，對(duì)兩種不同TiO2覆蓋率的TiO2@酵母微球進(jìn)行比較。
　　(3)分別以金屬離子鉛、汞和電鍍廢水銅氰離子作為研究對(duì)象，分析了此光催化劑對(duì)以上離子的光催化性能，并分析了光催化的機(jī)理。TiO2@酵母催化劑對(duì)金屬離子效果源于酵母菌對(duì)金屬離子的吸附以及納米 TiO2離子對(duì)金屬離子的光催化作用。由于生物吸附和光催化的耦合，相互促進(jìn)，TiO2@酵母菌對(duì)金屬離子的去除效果明顯高于兩者的加和。TiO

5、2@酵母催化劑在同時(shí)處理兩種不同性質(zhì)的污染物時(shí)得到了較好的處理效果，在對(duì)其進(jìn)行吸附和吸附-光催化效果對(duì)比后得出 TiO2@酵母催化劑對(duì)污染物的去除能力由生物吸附和光催化協(xié)同作用。對(duì)其進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)和Langmuir-Hinshelwood催化動(dòng)力學(xué)擬合，提出銅的存在促進(jìn)了對(duì)氰的光催化氧化過(guò)程，氰的存在促進(jìn)了對(duì)銅的光催化還原過(guò)程，而同時(shí)處理銅氰兩種元素，抑制了光生空穴和光生電子的復(fù)合，提高了光催化效率。
　　(4)以甲酸作為空穴犧牲

6、劑的代表、硝酸銀作為電子犧牲劑的代表、氯化鈉作為影響水中溶解氧的代表，通過(guò)研究銅氰離子的除去效果的變化、動(dòng)力學(xué)分析，達(dá)到對(duì)這一影響的量化表達(dá)。甲酸作為空穴犧牲劑，抑制對(duì)氰的光催化氧化過(guò)程，加速了對(duì)銅的光催化還原過(guò)程。硝酸銀作為電子犧牲劑，由于銀與銅的競(jìng)爭(zhēng)作用和催化劑鈍化理論抑制對(duì)銅的光催化還原過(guò)程，抑制對(duì)銅的光催化還原過(guò)程，加速了對(duì)氰的光催化氧化過(guò)程。氯化鈉的存在對(duì)銅氰的光催化效果均有抑制作用。通過(guò)改變對(duì)污染物的光催化去除優(yōu)先順序，使得

7、可以選擇性的去除體系內(nèi)的不同種類的污染物。對(duì)以上的光催化過(guò)程均進(jìn)行Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)模型擬合，研究其光催化動(dòng)力學(xué)特征。
　　本文制備得到的 TiO2@酵母催化劑均實(shí)現(xiàn)了可調(diào)控制備這一設(shè)想，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、易操作，調(diào)控實(shí)施過(guò)程中綠色環(huán)保、反應(yīng)溫和。并在對(duì)多種污染物進(jìn)行處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了將酵母的生物吸附功能和納米 TiO2粒子的光催化性能進(jìn)行耦合，提高了其光催化效率。在應(yīng)用犧牲劑研究其對(duì)光催化的影響方面，通過(guò)改