自组装铁钛复合膜的“光催化铁循环作用”模式探究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着社会的发展和人类生活水平的提高,水体污染已成为现今困扰人类的一大难题,在一系列治理环境的技术中,光催化技术可以直接利用太阳光激活催化剂,进而在室温下降解有机污染物。光催化的简要机理如下:光的照射使半导体的导带和价带分别产生强还原性的电子和强氧化性的空穴,光生电子和空穴就可以参与一系列的化学氧化还原反应而使污染物降解。光催化半导体材料在实际应用上的主要限制就是光反应结束后催化剂难以分离、回收、再生和利用,也即催化剂流失的问题。负载型半导体复合光催化材料不仅方便催化剂的回收利用,而且可以结合各个组分的优点,如矿物基铁钛复合材料就结合了TiO2活性高、物理和化学性质稳定、价格低、无腐蚀性的优点和FeOOH矿物带隙窄、对太阳光的利用率高的优点。

铁(氧氢)氧化物是土壤中最重要的组成矿物之一,是土壤和水体环境中重要的吸附剂、氧化还原剂和催化剂。随着土壤污染重金属元素地球化学以及铁(氢)氧化物环境矿物学的发展,通过稳定铁同位素示踪研究及穆斯堡尔谱法,国外学者证实了环境中的游离亚铁离子(Fe(Ⅱ) aq )能与铁(氧氢)氧化物中的结构态铁(Fe(Ⅲ) oxide )发生原子交换及电子转移。此类铁循环对环境中污染物降解、重金属的迁移与转化等环境行为有重要影响。[5]但现今大多数研究主要都是在厌氧条件下,未将光照作为铁循环的驱动因素,探究光催化过程中是否存在类似的由光催化引发的铁循环作用。[5-9]王徐越等分析了光催化作用过程中铁的反应动力学,探究是否存在类似“铁循环”作用,及其对铁钛复合材料表面光催化活性的影响.为深入研究环境中自然光催化过程时( 氧氢) 氧化铁矿物界面“铁循环”模式,以及开发不易失活的、长期有效的铁钛类光催化剂提供一定的理论依据。[10]相比较之前的一些研究,在自然光下的研究更具有现实意义。当水溶液中存在草酸盐等有机酸盐时, 包括腐殖酸和富里酸等高分子, 针铁矿等铁矿物的光催化反应可能不同于半导体的光化学反应。 [11]

在铁钛复合材料进行光催化降解污染物时,存在着一种铁循环作用,在Fe(III)和Fe(II)的转化过程中可以加速污染物的降解,所以探究铁循环的作用模式是很有意义的,如果能发现光催化铁循环的作用机理,就可以有针对性地加速铁循环,从而加速降解,以提高光催化剂的效率,更好的处理环境问题。

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