研究目的
合成聚吡咯/氧化铁/粉煤灰漂珠三元纳米复合材料(PPY/Fe3O4/FAC),并评估其在可见光下降解水中有机污染物的光催化活性。
研究成果
PPY/Fe3O4/FAC复合材料成功合成并表征,其中1:3配比展现出最高光催化活性(对MO降解率达78.8%,BPA降解率75%,TOC去除率61.9%)。PPY(降低带隙)与FAC(作为浮力载体)的协同效应提升了光催化效率,使该复合材料成为极具前景的水处理材料。
研究不足
由于洗涤过程中催化剂的损耗以及活性位点的失活(归因于FAC的浮力特性降低了活性位点的再生能力),催化剂重复使用时催化活性下降。总有机碳去除率低于双酚A降解率,表明矿化不完全。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过以三氯化铁为氧化剂的原位化学氧化聚合法合成PPY/Fe3O4/FAC复合材料,其中掺入四氧化三铁纳米颗粒和粉煤灰漂珠(FAC)作为浮力载体。采用卤素灯可见光照射评估其光催化活性。
2:样品选择与数据来源:
制备了不同Fe3O4与FAC比例(1:
3:
4:
3)的复合材料。有机污染物选用甲基橙(MO)染料和水溶液中的双酚A(BPA)。
5:实验设备与材料清单:
设备包括岛津IRAffinity-1S傅里叶变换红外光谱仪、物理电子公司PHI VersaProbe 5000 X射线光电子能谱仪、理学Ultima IV X射线衍射仪、卡尔蔡司EVO 18扫描电镜、日立紫外-可见分光光度计,以及配备500W卤素灯(飞利浦印度)的光催化石英反应器。材料包括六水合三氯化铁、七水合硫酸亚铁、氢氧化钠、盐酸、吡咯、双酚A和甲基橙。
6:实验步骤与操作流程:
通过共沉淀法合成四氧化三铁纳米颗粒,氧化聚合法制备聚吡咯,将FAC和四氧化三铁分散于去离子水中超声处理后加入吡咯,再加入三氯化铁进行聚合制得PPY/Fe3O4/FAC复合材料。光催化测试包括将催化剂悬浮液与污染物溶液在黑暗中搅拌达到吸附-解吸平衡,随后进行可见光照射,定时取样、离心,最后进行紫外-可见分析。
7:数据分析方法:
通过ln(C0/C)与时间关系图的准一级动力学速率常数分析光降解动力学。利用Tauc图计算带隙。通过XRD、FT-IR、XPS、SEM和TEM解析表征数据。
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FT-IR Spectrometer
IRAffinity-1S
Shimadzu
To obtain FT-IR spectra for chemical characterization of samples in KBr pellet mode.
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XRD
Ultima IV
Rigaku
To analyze crystal structure and confirm composite formation using X-ray diffraction.
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SEM
EVO 18
Carl Zeiss
To observe surface morphology of the samples.
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XPS Spectrometer
PHI VersaProbe 5000
Physical Electronics
To study oxidation states and binding energies of elements in the composites.
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UV-Vis Spectrophotometer
Hitachi
To measure absorbance of organic pollutants for photocatalytic degradation studies.
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Halogen Lamp
Philips India
To provide visible light irradiation for photocatalytic experiments.
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