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MoS2/g-C3N4复合纳米催化剂光催化 深度处理造纸废水研究二
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2022-07-04 17:24:24 浏览次数:
2. 5. 2 pH值的影响 以 1.5% MoS2/g-C3N4为催化剂,催化剂投加量为 2 g/L,反应时间180 min,研究体系pH值对光催化深 度处理造纸废水 CODCr去除率和色度去除率的影响, 结果如图 6 所示。由图 6 可知,随着溶液 pH 值的增 加,造纸废水的 CODCr去除率和色度去除率均呈现先 升高后降低的趋势,当 pH 值=5 时,造纸废水的 CODCr去除率和色度去除率最高。这是由于弱酸条件 下,催化剂表面带有正电,有利于光生电子迁移到催 化剂表面,与 O2结合形成 H2O2并进一步生成·OH, 从而提高光催化活性[15] 。
2. 5. 3 反应时间的影响 以 1.5% MoS2/g-C3N4为催化剂,催化剂投加量为 2 g/L,溶液pH值=5,研究反应时间对造纸废水CODCr 去除率和色度去除率的影响,结果如图7所示。由图 7可知,随着反应时间的增加,造纸废水的CODCr去除 率和色度去除率逐渐升高,当反应时间超过 180 min 后,进一步增加反应时间,造纸废水的 CODCr和色度 去除率不再明显升高,此时光催化反应基本达到平衡 状态。考虑反应时间的延长会增加能耗,进而增加处 理造纸废水的成本,因此设置光催化反应时间为 180 min。

2. 5. 4 催化剂投加量的影响 以1.5% MoS2/g-C3N4为催化剂,反应时间180 min, 溶液 pH 值=5,研究催化剂投加量对造纸废水 CODCr 去除率和色度去除率的影响,结果如图8所示。由图 8 可知,随着催化剂投加量的增加,造纸废水的 CODCr去除率和色度去除率逐渐增加,当催化剂投加 量为 2 g/L 时,CODCr去除率和色度去除率达到最大 值,进一步增加催化剂投加量,造纸废水的 CODCr去除率和色度去除率反而下降。这是由于催化剂投加量 较小时,增加催化剂投加量可以增加反应活性点位, 加速光催化反应进程;当催化剂过量时,部分入射光 被发生散射现象,无法参与光催化反应,导致光催化 反应效果较差。
2. 6 MoS2/g-C3N4纳米复合材料光催化机理 图9为MoS2/g-C3N4纳米复合材料光催化机理示意 图。光照下g-C3N4被激发产生光生电子-空穴对,光生 电子从价带跃迁到导带,在价带留下光生空穴。g-C3N4 与MoS2复合后形成匹配的能带结构,g-C3N4表面的光 生电子可快速转移到MoS2中,在g-C3N4的价带上留下 空穴,从而降低了光生载流子的复合几率,实现了光 生电子-空穴对的有效分离。光生空穴是光催化的主 要活性物之一,可与H2O反应生成·OH并与有机污染 物反应;另一方面,光生电子可将催化剂表面的 O2 还原为光催化活性物·O2 - ,·O2 - 可直接与有机污染物反应,·O2 - 也可与 H2O反应生成·OH并与有机污染物 反应,从而实现有机污染物的降解[16] 。

3 结 论 本研究采用 N-甲基吡咯烷酮复合剥离得到的 MoS2 与 g-C3N4,制得 MoS2/g-C3N4 复合纳米催化剂, 并利用MoS2/g-C3N4复合纳米催化剂光催化深度处理造 纸废水。结果表明,少量MoS2负载于g-C3N4表面形成 复合材料可提高g-C3N4的光催化活性,当光催化反应 时间180 min、pH值=5、1.5% MoS2/g-C3N4催化剂投加 量为2 g/L时,光催化深度处理造纸废水的CODCr去除 率和色度去除率最高,分别达到 63.4% 和 83.2%。 MoS2/g-C3N4较高的光催化活性可能是由于 MoS2与 gC3N4的能带结构匹配,降低了光生电子-空穴的复合, 从而提高了催化剂的光催化活性。