Fe-N共掺杂TiO2去除废水中龙胆紫的研究文献综述

 2023-12-07 03:12

文献综述

课题研究的意义与价值

我国的经济在快速发展,各个行业也在不断壮大,但随着工业等的快速发展,带来了各种各样的环境污染问题。目前,环境问题越来越受到人们的关注,国家也对环境污染问题越来越重视。水污染、大气污染、土壤污染等污染问题越来越严重,对人类的生活产生了越来越大的威胁。我国是人口大国,需要大量的淡水资源,但我国水资源短缺,人均淡水资源更是匮乏。随着工业的不断发展,工业废水和废弃物也大量产生,使水源更容易被污染。甚至在很多工业发达地区,水污染的问题已经严重到无法解决。为了可持续发展,解决环境问题迫在眉睫。

水资源问题已经成为制约中国社会经济发展的一个关键问题。水污染也是造成水资源紧缺的主要因素。中国是现今世界13个缺水国家之一,全国600多个城市中有大约一半的城市缺水,水污染使水质的恶化更使水短缺雪上加霜。有资料显示:我国江河湖泊普遍遭受污染,全国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化,90%的城市水系污染严重,南方城市总缺水量60%~70%是由于水污染造成的;对我国118个大中城市的地下水调查显示,有11个城市地下水受到污染,其中重度污染约占40%。水污染降低了水体的使用功能,加剧了水资源短缺。水污染对人们的健康也造成了很大的威胁,一旦饮用了被污染的水就会对健康造成危害。所以水污染问题得到了人们极高的关注。相比于其他各种污染,水污染更难处理,一旦水体被污染就很难复原。随着现代工业的发展,重金属废水、染料废水越来越多,越来越难处理,导致了水污染问题越来越严重。

我国是人口大国,有十三亿人口,印染品是人们生活的必需品,所以我国对染料的需求十分的大。我国每年染料的产量都高居世界第一。染料给人们的生活增添了色彩,也方便了人们的生活。但同时它也带来了严重的环境污染。染料在生产和印染的过程中会大量的损失,不仅浪费了资源,而且污染了水环境。目前我国的染料产量大,生产企业以中小企业为主,技术落后,对于“三废”的处理技术落后,对环境造成了很大的影响。

课题研究现状及发展趋势

一、TiO2的研究

在近几年常见的染料废水处理的工艺中,化学法虽然处理效率高,能快速将水中的污染物降解,去除率也很高,但是需要大量的化学试剂,加大了废水处理的成本。有的反应甚至有中间产物在反应过程中产生,如醛类,产生二次污染。因此化学法应用不广泛。生物处理法处理污水速度慢,去除效果不够好,虽然处理的成本相对较低,但是却不能推广使用。吸附法是最常用的一种处理难生物降解的污染物的方法,吸附法操作简单,成本低,处理效果也很好,并且不会产生二次污染。一般的吸附剂使用后分离困难,难循环使用。而纳米TiO2作为一种优良的光催化剂,以其价廉、稳定性好、催化活性高和反应条件温和等优点,被认为是目前最具有广阔应用前景的光催化材料之一,在废水处理中受到了广泛关注。

但是纳米TiO2光催化剂在实际应用中却存在两个关键性的技术难题:一是悬浮相型TiO2存在易失活、易凝聚和难以分离回收等缺点;二是TiO2禁带较宽,只对紫外光有响应,而且电子和空穴容易复合,导致TiO2光催化活性和催化效率降低。经过研究者研究发现现氮掺杂能够减小TiO2禁带宽度,提高其在可见光区域的光学活性,还分别进行了C,B,F等非金属元素的掺杂研究以及多种不同金属离子掺杂的光催化效果,发现众多金属离子掺杂中以Fe3 效果最佳。学者们普遍认为,Fe3 掺杂纳米TiO2改性的机理主要是通过Fe3 取代TiO2晶格中的Ti4 ,在TiO2晶格中形成浅电荷俘获陷阱,减少电子一空穴对的复合,从而提高光催化效率。因此在实际应用中通常通过多种方法引入杂质使得TiO2晶体表面产生缺陷,抑制TiO2光生电子—空穴的复合,增加TiO2表面活性中心的数量,从而提高TiO2的光催化活性和催化效率。近年来,研究者利用掺杂元素之间的协同作用,进行二氧化钛的双元素或多元素共掺杂研究,进一步提高光催化活性。在众多单元素掺杂纳米TiO2的研究中,氮和铁分别是较为有效的非金属和金属掺杂离子。

目前,二氧化钛的制备根据反应物的相态,可以分为固相法、气相法和液相法,通过气相法(如钛醇盐气相分解法、钛醇盐气相水解法)所制得纳米Ti02的具有纯度高、化学活性高、粒度好等优点,但是,此方法成本较高、产率较低;而固相法具有操作易行、制备工艺简单等特点,但是,此方法所制得纳米Ti02催化活性不高,且粒径的分布较宽。而其中液相法是比较常用的一种制备方法。液相法是指在反应后形成的溶液中,通过各种手使溶液和溶剂分离,溶质形成大小一定的颗粒,再经热处理后得到纳米粉体的方法。液相法制备二氧化钛的方法大致有:微乳液法、沉淀法、溶胶—凝胶法、水解法、水热法。而在实验室中一般采用溶胶—凝胶法来制备二氧化钛。

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