mos2ag3po4纳米催化剂的制备及其光催化性能研究
Ag3PO4是一种新型的可见光催化剂。Ag3PO4粉体的12面体棱形结构具有相对较大的比表面积，可用作照相乳液剂、催化剂、制药和玻璃业，具有广泛的使用前景。但由于Ag3PO4中Ag+具有较大的还原性，本身并不稳定，具有一定的使用局限性。而MOS2作为一种异构化反应催化剂，同时又具有良好的吸附性能和导电性能，可以与Ag3PO4进行复合，降解染料废水，在一定程度上弥补了Ag3PO4不足，并且降低了催化剂的制备成本。本论文通过一步水浴法制备富缺陷、无缺陷MOS2、用沉淀置换法制取Ag3PO4光催化剂并通过原位复合的方式将两者结合，得到MOS2/Ag3PO4复合催化剂。利用XRD，SEM对其形貌结构进行表征和分析，以染料废水中的一种污染物亚甲基蓝作为目标污染物，分别对不同催化剂的活性进行考察。结果表明，MoS2的负载，使Ag3PO4光催化剂降解亚甲基蓝的效率明显提高。同时有效提高了复合催化剂的光稳定性，使其在连续降解几次之后仍然保持较高的光催化效率。关键词：Ag3PO4，MOS2粉体，可见光催化剂，染料废水目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.1.1中国环境问题现状 1
1.1.2染料废水的来源及其危害 1
1.1.2染料废水的处理方法 2
1.2 Ag3PO4可见光光催化剂的研究进展 4
1.2.1 Ag3PO4的晶体结构和性质 4
1.2.2 Ag3PO4的光催化机理 6
1.2.3 Ag3PO4的研究进展 6
1.3 MoS2作为吸附剂与半导体的研究进展 7
1.3.1 MoS2的分子层结构 7
1.3.2 MoS2的性质 8
1.3.3 MoS2的制备方法 9
1.4研究目的、内容和意义 10
1.4.1研究目的及意义 10
1.4.2研究内容 10
第二章 实验部分 10
2.1实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2实验仪器 11
2.2实验方法 12
2.2.1 MoS2纳米片的制备 12
2.2.3 Ag3PO4
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目的、内容和意义 10
1.4.1研究目的及意义 10
1.4.2研究内容 10
第二章 实验部分 10
2.1实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2实验仪器 11
2.2实验方法 12
2.2.1 MoS2纳米片的制备 12
2.2.3 Ag3PO4粉体的制备 12
2.2.4 MoS2/Ag3PO4复合材料的制备 13
2.3材料表征 13
2.4 MoS2/Ag3PO4复合催化剂光催化性能的考察 13
第三章 实验结果与讨论 15
3.1 MoS2/Ag3PO4复合材料的形貌表征 15
3.1.1 MoS2扫描电镜图 15
3.1.2 Ag3PO4晶体扫描电镜图 16
3.1.3 MoS2/Ag3PO4复合材料扫描电镜图 17
3.2 MoS2/Ag3PO4复合材料结构表征 18
3.3 MoS2/Ag3PO4复合催化剂光催化亚甲基蓝 18
3.3.1不同降解条件比较 18
3.3.2 不同光催化剂的比较 20
3.4 MoS2/Ag3PO4复合催化剂稳定性的考察 21
第四章 结论与展望 23
4.1结论 23
4.2展望 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景
1.1.1中国环境问题现状
近年来，环境污染问题逐渐走入人们的视野，“全球变暖”问题引出了一系列贴近人们生活的污染状况。其中包括中国环境十大问题：大气污染问题、水环境污染问题、垃圾处理问题、土地荒漠化和沙灾问题、水土流失问题、旱灾和水灾问题、生物多样性破坏问题、WTO与环境问题、三峡库区的环境问题、持久性有机物污染问题。水环境污染问题一直都是环境领域内比较棘手且较难攻破的问题。进入21世纪以来，水源污染问题如雨后春笋般不断涌出，2004年3月2日,沱江发生重大水污染事件；2005年11月松花江发生重大水污染事件；2007年6月无锡太湖蓝藻水污染事件等。在水污染中，染料废水中的降解又是一大难题。染料废水具有色度大、有机污染物含量高、组分复杂和生物毒性大以及难生化降解并朝着抗光解、抗氧化的方向发展的特点，使染料废水降解的难度加大，排入水体将消耗水中的溶解氧，破坏生态平衡，威胁水体微生物的生存[1]。因此，寻求科学环保的染料废水处理方法，成为了该领域重点研究方向。
1.1.2染料废水的来源及其危害
据统计表明，2010年我国染料产量高达75.6万吨，位居世界第一位。与此同时，我国每生产1T染料便会排放744 m3染料废水，如果这些废水直接排入水体，将会对河流生态系统及生物种类造成严重影响。染料生产的基本原料为萘系、蒽醌、苯系、苯胺及联苯胺类化合物，并且在生产制备工艺过程中大多与金属或盐类等物质螯合，这就使得染料废水多为含盐、微酸或微碱、含金属离子、含硫含氯化物或溴化物，导致染料废水具有高化学需氧量以及“三致”效应的难降解有机废水[23]。我们需要有针对性的处理染料废水中难于降解的有机污染物。尚未经过处理的染料排放入自然水体后，不仅由于染料影响光的透射，从而导致水生植物的光合作用能力下降，造成水生植物的大量死亡，进而使水体中食物链的中断以及导致水体缺氧等现象，使整个水体生态系统崩溃，而且染料废水尤其是偶氮类染料，他们都属于三致(致癌、致畸、致突变)物质，对水体中的动物有直接杀伤作用，在经过食物链积累、富集进入人体后，可引发人类体内恶性肿瘤，可能会导致膀胱癌、输尿管癌、肾盂癌等恶性疾病[4]。染料废水对人体和自然界的危害极大，必须在排放之前进行妥善处理。
1.1.2染料废水的处理方法
（1）物理法
染料废水中含有大量的难降解有机物，所以导致其BOD5较低，以至于B/C（BOD5/COD）小于0.4，生物降解性较差。在这种条件下，可采用物理方法作为降解之前的预处理环节，提高B/C。其中物理吸附，作为最常见的方法，处理效果明显。吸附法是指利用多孔固体、吸附剂、将流体、气体或液体、混合物中一种或多种组分，将其积聚或凝缩在表面从而达到分离目的的物理方法。工业上使用较多的吸附剂有活性炭、离子交换树脂等吸附材料，不同的吸附剂的吸附特点、效果和操作难易程度各有不同。近年来，各种吸附剂不断被引入染料废水处理的研究[5]。Arami[6]等研究了活性炭吸附工业染料废水的模拟降解实验，其研究结果表明，活性炭的吸附性能可以很好地吸附染料废水中的有机物，并且其吸附的反应动力学复合准二级动力学模型。Vimonses[7]等人研究了各种土壤对于刚红果的吸附能力，其研究结果表明，矿石种类不同，成分不同，对于染料的吸附效果也不同。因此，物理法处理染料废水具有一定的局限性，该方法较适合对染料废水进行预处理，从而提高其可生化性。
（2）生物法
生物处理方法相对于其他方法，其具经济性更好，成本更加低廉，成为众多工业废水处理工艺的最优选择。常用的生物处理方法主要包括厌氧生物降解和好氧生物降解。在处理染料废水方面，厌氧降解与好氧降解各有其优势与针对性。中科院微生物所的鲜海军、杨惠芳[8]等，分离出400株细菌，大多数对5种染料具有脱色能力的细菌，其中45株对活性染料、阳离子染料、酸性媒介染料、直接染料等有较强的脱色能力，进而选出13株分属6个属对多种染料能快速脱色的优良菌株。但因其只能降解的有机污
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.1.1中国环境问题现状 1
1.1.2染料废水的来源及其危害 1
1.1.2染料废水的处理方法 2
1.2 Ag3PO4可见光光催化剂的研究进展 4
1.2.1 Ag3PO4的晶体结构和性质 4
1.2.2 Ag3PO4的光催化机理 6
1.2.3 Ag3PO4的研究进展 6
1.3 MoS2作为吸附剂与半导体的研究进展 7
1.3.1 MoS2的分子层结构 7
1.3.2 MoS2的性质 8
1.3.3 MoS2的制备方法 9
1.4研究目的、内容和意义 10
1.4.1研究目的及意义 10
1.4.2研究内容 10
第二章 实验部分 10
2.1实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2实验仪器 11
2.2实验方法 12
2.2.1 MoS2纳米片的制备 12
2.2.3 Ag3PO4
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目的、内容和意义 10
1.4.1研究目的及意义 10
1.4.2研究内容 10
第二章 实验部分 10
2.1实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2实验仪器 11
2.2实验方法 12
2.2.1 MoS2纳米片的制备 12
2.2.3 Ag3PO4粉体的制备 12
2.2.4 MoS2/Ag3PO4复合材料的制备 13
2.3材料表征 13
2.4 MoS2/Ag3PO4复合催化剂光催化性能的考察 13
第三章 实验结果与讨论 15
3.1 MoS2/Ag3PO4复合材料的形貌表征 15
3.1.1 MoS2扫描电镜图 15
3.1.2 Ag3PO4晶体扫描电镜图 16
3.1.3 MoS2/Ag3PO4复合材料扫描电镜图 17
3.2 MoS2/Ag3PO4复合材料结构表征 18
3.3 MoS2/Ag3PO4复合催化剂光催化亚甲基蓝 18
3.3.1不同降解条件比较 18
3.3.2 不同光催化剂的比较 20
3.4 MoS2/Ag3PO4复合催化剂稳定性的考察 21
第四章 结论与展望 23
4.1结论 23
4.2展望 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景
1.1.1中国环境问题现状
近年来，环境污染问题逐渐走入人们的视野，“全球变暖”问题引出了一系列贴近人们生活的污染状况。其中包括中国环境十大问题：大气污染问题、水环境污染问题、垃圾处理问题、土地荒漠化和沙灾问题、水土流失问题、旱灾和水灾问题、生物多样性破坏问题、WTO与环境问题、三峡库区的环境问题、持久性有机物污染问题。水环境污染问题一直都是环境领域内比较棘手且较难攻破的问题。进入21世纪以来，水源污染问题如雨后春笋般不断涌出，2004年3月2日,沱江发生重大水污染事件；2005年11月松花江发生重大水污染事件；2007年6月无锡太湖蓝藻水污染事件等。在水污染中，染料废水中的降解又是一大难题。染料废水具有色度大、有机污染物含量高、组分复杂和生物毒性大以及难生化降解并朝着抗光解、抗氧化的方向发展的特点，使染料废水降解的难度加大，排入水体将消耗水中的溶解氧，破坏生态平衡，威胁水体微生物的生存[1]。因此，寻求科学环保的染料废水处理方法，成为了该领域重点研究方向。
1.1.2染料废水的来源及其危害
据统计表明，2010年我国染料产量高达75.6万吨，位居世界第一位。与此同时，我国每生产1T染料便会排放744 m3染料废水，如果这些废水直接排入水体，将会对河流生态系统及生物种类造成严重影响。染料生产的基本原料为萘系、蒽醌、苯系、苯胺及联苯胺类化合物，并且在生产制备工艺过程中大多与金属或盐类等物质螯合，这就使得染料废水多为含盐、微酸或微碱、含金属离子、含硫含氯化物或溴化物，导致染料废水具有高化学需氧量以及“三致”效应的难降解有机废水[23]。我们需要有针对性的处理染料废水中难于降解的有机污染物。尚未经过处理的染料排放入自然水体后，不仅由于染料影响光的透射，从而导致水生植物的光合作用能力下降，造成水生植物的大量死亡，进而使水体中食物链的中断以及导致水体缺氧等现象，使整个水体生态系统崩溃，而且染料废水尤其是偶氮类染料，他们都属于三致(致癌、致畸、致突变)物质，对水体中的动物有直接杀伤作用，在经过食物链积累、富集进入人体后，可引发人类体内恶性肿瘤，可能会导致膀胱癌、输尿管癌、肾盂癌等恶性疾病[4]。染料废水对人体和自然界的危害极大，必须在排放之前进行妥善处理。
1.1.2染料废水的处理方法
（1）物理法
染料废水中含有大量的难降解有机物，所以导致其BOD5较低，以至于B/C（BOD5/COD）小于0.4，生物降解性较差。在这种条件下，可采用物理方法作为降解之前的预处理环节，提高B/C。其中物理吸附，作为最常见的方法，处理效果明显。吸附法是指利用多孔固体、吸附剂、将流体、气体或液体、混合物中一种或多种组分，将其积聚或凝缩在表面从而达到分离目的的物理方法。工业上使用较多的吸附剂有活性炭、离子交换树脂等吸附材料，不同的吸附剂的吸附特点、效果和操作难易程度各有不同。近年来，各种吸附剂不断被引入染料废水处理的研究[5]。Arami[6]等研究了活性炭吸附工业染料废水的模拟降解实验，其研究结果表明，活性炭的吸附性能可以很好地吸附染料废水中的有机物，并且其吸附的反应动力学复合准二级动力学模型。Vimonses[7]等人研究了各种土壤对于刚红果的吸附能力，其研究结果表明，矿石种类不同，成分不同，对于染料的吸附效果也不同。因此，物理法处理染料废水具有一定的局限性，该方法较适合对染料废水进行预处理，从而提高其可生化性。
（2）生物法
生物处理方法相对于其他方法，其具经济性更好，成本更加低廉，成为众多工业废水处理工艺的最优选择。常用的生物处理方法主要包括厌氧生物降解和好氧生物降解。在处理染料废水方面，厌氧降解与好氧降解各有其优势与针对性。中科院微生物所的鲜海军、杨惠芳[8]等，分离出400株细菌，大多数对5种染料具有脱色能力的细菌，其中45株对活性染料、阳离子染料、酸性媒介染料、直接染料等有较强的脱色能力，进而选出13株分属6个属对多种染料能快速脱色的优良菌株。但因其只能降解的有机污
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