研究目的
通过结合实验与动力学建模,研究具有可调控吸附能力的介孔TiO2-BiOBr微球在太阳能驱动下对有机水污染物进行光降解的吸附-光催化协同效应。
研究成果
TiO2-BiOBr微球的合成提供了具有可调控吸附能力的模型光催化剂,通过实验和动力学建模证明了其吸附-光催化协同效应。高吸附能力促进了甲基橙的光降解,但因中间产物积累导致可循环利用性问题,凸显了需审慎评估高吸附光催化剂的负面影响。
研究不足
该研究假设光降解过程中始终处于吸附平衡状态,这一前提在动态条件下可能不成立。所采用的动力学模型仅适用于Freundlich等温线,未必能推广至其他吸附行为。已发现某些污染物(如MO)因中间产物累积存在可重复利用性问题,但尚未完全表征。使用模拟阳光可能无法完全复现自然太阳光照条件。
1:实验设计与方法选择:
采用一锅溶剂热法合成不同TiO?含量的TiO?-BiOBr微球以调控吸附能力,建立结合吸附与光催化的动力学模型评估协同效应。
2:样品选择与数据来源:
样品包括纯BiOBr、非晶TiO?及TiO?-BiOBr复合材料(TBB-x,x为Ti/Bi原子比),有机污染物选用甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)和苯酚。
3:实验设备与材料清单:
材料:五水合硝酸铋、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、钛酸四丁酯(TBOT)、乙二醇、甲基橙、罗丹明B、苯酚;设备:XRD衍射仪(布鲁克D8 Advance)、场发射扫描电镜(JEOL JSM7500F)、透射电镜(FEI Tecnai G2 F20 ST)、BET比表面积分析仪(麦克默瑞提克ASAP 2420)、XPS(欧米茄DAR 400)、紫外可见分光光度计(日立U4100)、光致发光光谱仪(PTI QuantaMaster)、FTIR光谱仪(尼高力iS50)、太阳光模拟器(Oriel Sol1A 150W)、紫外可见分光光度计(岛津UV-2600)、高效液相色谱仪(岛津HPLC-2030C)。
4:0)、XPS(欧米茄DAR 400)、紫外可见分光光度计(日立U4100)、光致发光光谱仪(PTI QuantaMaster)、FTIR光谱仪(尼高力iS50)、太阳光模拟器(Oriel Sol1A 150W)、紫外可见分光光度计(岛津UV-2600)、高效液相色谱仪(岛津HPLC-2030C)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程为将前驱体溶于乙二醇搅拌后160°C溶剂热处理12小时,经洗涤干燥制得样品。表征手段包括XRD、SEM、TEM、BET、XPS、紫外可见漫反射、光致发光及FTIR。吸附实验测定MO随时间吸附量,光降解实验在暗吸附1小时后进行模拟太阳光照射,循环实验经洗涤后重复使用。
5:数据分析方法:
吸附数据采用Freundlich等温线拟合,动力学模型推导方程通过MATLAB(ode45和nlinfit函数)数值求解,速率常数由非线性回归提取。
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