泡沫碳负载一维TiO₂光热催化蒸发器的制备及污水蒸发降解性能

摘要

界面光热水蒸发是极具研究前景的有机污水纯化技术，但也存在有机污染物在光热蒸发器表面沉积的问题.为此，本文将具有光催化效应的纳米TiO₂引入到多孔泡沫碳光热吸收体中制备了复合光热催化蒸发器（CF@RT），并对复合材料的结构和光热催化性能进行了分析.结果表明，CF@RT中生长有大量直径约10 nm的一维TiO₂纳米棒，纳米棒均匀分散在泡沫碳表面和孔结构中；TiO₂的引入有效拓宽了材料对光的响应范围，使复合材料具备光热和光催化双功能；多孔泡沫碳通过吸收可见-红外光转换为热能实现水的蒸发，一维TiO₂则通过吸收紫外光形成电子-空穴对，并通过氧化还原反应实现污染物降解.同时，泡沫碳和TiO₂的结合还使光热和光催化之间存在协同促进效应，光催化过程能抑制污染物沉积，促进光热水蒸发性能持续提升，光热效应又可加速光生电子-空穴对的分离和迁移，促进光催化降解.在太阳光照射下，最优体系CF@RT160在2.5 h内使MB降解率达到74%，光热水蒸发率为0.89 kg·m^-2·h^-1，且经4次循环后，水蒸发率提升至0.95 kg·m^-2·h^-1.

关键词

泡沫碳 / 一维TiO₂ / 光热水蒸发 / 光热催化

基金资助

国家自然科学基金（批准号：22105151,52305211）; 湖北省重点研发计划项目（批准号：2022BAA094）; 湖北省自然科学基金（批准号：2021CFB469,2022CFB626,2023AFB626）; 湖北省教育厅科学技术研究项目(批准号：B2022017); 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室开放基金（批准号：G202407）资助