非晶态铁改性羟基磷灰石的制备及光催化降解染料的研究

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1、博士学位论文非晶态铁改性羟基磷灰石的制备及光催化降解染料的研究PREPARATIONOFAMORPHOUSIRONDOPEDHYDROXYAPATITEANDITSPHOTOCATALYTICPERFORMANCEFORDEGRADATIONOFDYEPOLLUTANTSINWATER柳旭升哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学博士学位论文非晶态铁改性羟基磷灰石的制备及光催化降解染料的研究博士研究生：柳旭升导师：马军申请

2、学位：工学博士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:628.162DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPREPARATIONOFAMORPHOUSIRONDOPEDHYDROXYAPATITEANDITSPHOTOCATALYTICPERFORMANCEFORDEGRADATIONOFDYEPOLLUTANTSINWATERCandidat

3、e：XushengLiuSupervisor：Prof.JunMaAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要合成染料因其

4、结构稳定、不易生物降解，是难处理的环境污染物之一。半导体光催化技术可以直接利用太阳能作为光源，能将多种有机物彻底矿化去除，是理想的染料污染物处理技术之一。理想的半导体光催化剂应该具有可见光活性和尽可能多的活性位。然而，目前关于半导体光催化剂的研究主要集中在晶体半导体，制备过程中必要的高温煅烧程序明显地减少了其表面积和活性位，从而影响了其工业化进程。同时，非晶态材料因具有制备方法简单、不需要高温煅烧和高比表面积的特点而逐渐受到关注。因此，开发廉价、无毒的非晶态半导体光催化剂用来处理染料污染物，将具有非常好

5、的理论研究价值和应用前景。本论文使用廉价环保的羟基磷灰石为原料，采用简单易行的离子交换方法，制备了高比表面积的非晶态Fe(III)–HAP50光催化剂。通过对制备过程影响因素的考察，确定了在室温、Fe(III)离子初始浓度50mmol/L和快速搅拌15分钟条件下，2制备的Fe(III)–HAP50具有最大的比表面积（204m/g）、均匀的孔径分布和稳定的可见光催化活性。通过对Fe(III)–HAP50微结构的表征，提出了Fe(III)–HAP50是一种高程度Fe(III)离子取代羟基磷灰石，具有独特的非

6、晶态和纳晶混合结构。根据Fe(III)–HAP50纳米粒子的孔隙特征，结合非定域密度函数理论计算的孔径分布规律，提出了Fe(III)–HAP50纳米粒子的高比表面积与其特殊的非晶态纳晶混合结构有关。通过在可见光下对Fe(III)–HAP50光催化性能的考察，证实了Fe(III)–HAP50对含噻嗪结构的氮杂环类染料亚甲基蓝（MB）、三苯甲烷类染料罗丹明B（RhB）和酸性蒽醌类染料酸性蓝（AB62）都有明显的光催化降解效果，比非晶态FePO4·2H2O的光催化活性更高。同时，针对染料废水普遍存在的高含盐量

7、和高pH值环境，在H2O2存在条件下，考察了Fe(III)–HAP50对亚甲基蓝模拟染料废水的处+2+2+−2−理效果，揭示了Na、Ca和Mg离子与MB之间存在的竞争吸附，Cl、SO4−−和NO3对MB降解不产生影响，控制溶液的pH值在6～8范围内，可以减弱HCO32−和CO3带来的不利影响。此外，在H2O2存在条件下，考察了Fe(III)–HAP50在太阳光下对亚甲基蓝、罗丹明B和酸性蓝（AB62）三种染料的催化降解效果，证实了Fe(III)–HAP50在太阳光下具有更高的效能。本论文以亚甲基蓝为探针

8、分子，研究了Fe(III)–HAP50的光催化机理，提出了表面类似FeO(OH)结构的无定形纳米簇是活性位，Fe(III)–HAP50的光催化性能是由材料本体的半导体特性，表面的类似FeO(OH)结构的无定形纳米簇共同决定的。同时，通过考察Fe(III)–HAP50在单色可见光下的催化性能，排除了染料光敏化机-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文制。此外，通过使用羟基保护剂占据表面活性位，考察H2O2和亚甲基蓝的降解效果，证实了H2O2和亚甲