银/氯化银-四氧化三铁-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解有机染料的研究(2)
结 论 16
致 谢 17
参考文献18
1 绪论
我们在日常生活中离不开水，被利用后的水就变成了废水，生活利用后排出的污水还有一些企业排出的污水等，在这些污水中都含有一些有机物质，比如蛋白质，木质素等等，这些有机物在污水中通过一系列的因素分解，就成了污染环境的污染物。污染环境对生态平衡带来危害，也给人们生活带来不便和污染，就带来各种疾病（癌症等），可以在食物链中富集传递，并且在各种途径来全世界范围内传播，带来了危害人体健康的各种病菌，也污染了环境，破坏了环境的平衡[1]。所以我们必须处理这些危害性的物质来保护我们的环境。
光催化氧化法近年来是最前沿最有效的氧化技术，用光催化氧化反应器研究者们成功解决了光催化氧化技术在工业中运用的难题，所采用的光催化氧化技术，废水废气有机污染物分解后的主要产物是水，二氧化碳及其无害的无机盐等，从根本上解决了有机污染问题。但是光催化剂还是面临着很多问题，比如光生-空穴电子对的快速复合，半导体复合材料的能级不匹配，可见光利用率低，催化时间长等。随着纳米技术的发展，当氧化石墨烯的纳米片被引入到合成介质，分别以AgNO3和Ag(NH3)2NO3为银源，所制得的近似球形和立方形Ag/AgCl纳米结构的尺寸，可以分别减少到约200 nm和100 nm。Ag/AgCl基系列纳米结构可以作为等离子体可见光催化光剂用于光降解甲基橙污染物，其中100 nm立方体状的Ag/AgCl纳米结构显示最高的催化活性。调查显示，GO纳米片不仅作为控制Ag/AgCl纳米结构的载体，也在光催化中作为助催化剂，用于增强催化活性[2]。Ag/AgCl是光催化剂中效率最高的光催化剂，如果此催化剂作用在超顺磁性Fe3O4离子身上的话，提高降解速度，而且可以在外磁场的帮助下快速循环使用，降低了处理成本，减少了二次污染，简化了仪器设备。同时，为了更好的复合Ag/AgCl与Fe3O4粒子，我们采用石墨烯作为载体。目前氧化石墨烯(GO)，一种新型石墨烯衍生物，其基面和边缘装饰着不同的含氧官能团，包括羧基，羟基，环氧基等，已被证实是一个很好的催化剂载体和推动者[3,9]。这是由于它的惊人大的表面积，高的光透射率，以及所造成的局部共轭芳族系统的独特的电子特性[3,7-9]。石墨烯工作不仅作为在合成步骤中的模板，但在光催化步骤也可作为催化促进剂，实现有机物的快速降解，起到环境修复与治理的作用。
光催化氧化技术虽然发展很快，也取得了一些好的成果，但在技术上还存在着很多的缺点。比如量子效率低，只能吸收紫外光，太阳能利用率低等。目前，研究者通过各种途径改善光催化材料，另一方面在寻找新的光催化材料。
主要改性方法有：
(1)贵金属沉积。光生电子在Ag岛上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面迁移，这样形成的微电池促进了光生电子和空穴的分离，提高了光催化效率。
(2)复合半导体。半导体复合的目的是促进体系光生电子和空穴的分离，在光照，电场，磁场等外界作用下显示出特殊性能。
表面等离子体光催化材料将贵金属纳米颗粒负载在半导体载体表面，这种材料能抑制光生电子-空穴的复合，提高光催化材料的能量转化效率。当入射光子的频率与贵金属纳米颗粒的振荡频率相匹配时，纳米颗粒或金属岛对入射光产生很强的吸收作用，就会产生局域表面等离子体共振(Localied Surface Plasmon Resonance)现象。共振的频率跟电子的密度，电子的有效质量，电荷分布的形状和大小有紧密的关系。并经过研究发现，单独球型的银钠颗粒的等离子体共振吸附在380 nm处，而负载的银钠粒子的吸收移至410 nm[10]，这些说明半导体在一定程度上增强等离子体共振效应。所以这些复合材料能有效的提高光催化活性。