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wo3微纳薄膜的制备及其污水处理装置结构设计

WO3微纳薄膜的制备及其污水处理装置结构设计

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作者：胡一飞天津科技大学

学位级别：硕士

三氧化钨(wo)是当前最具应用潜力的一类高效绿色半导体光催化剂,为当今环境治理提供了新的解决思路。wo具有制备简单,成本低,化学稳定性高,光催化性能优异等特点。本文采用阳极氧化法和水热法设计制备不同结构的wo微纳薄膜,并通过引入... 详细信息

三氧化钨(wo)是当前最具应用潜力的一类高效绿色半导体光催化剂,为当今环境治理提供了新的解决思路。wo具有制备简单,成本低,化学稳定性高,光催化性能优异等特点。本文采用阳极氧化法和水热法设计制备不同结构的wo微纳薄膜,并通过引入氧空位掺杂和构建bioi异质结提高wo微纳薄膜的光催化性能,以wo微纳薄膜为装置功能核心,设计构建光催化污水处理装置。首先,采用阳极氧化法设计制备多孔状和花状正交晶型wo微纳薄膜,前者比后者具有更低的价带顶(VBM)、导带底(CBM)和更小的电荷转移阻力。后者比前者带隙更小,光电流密度更大,活性自由基更多。综上,两者光催化性能相近。其次,采用水热法设计制备的树状wo微纳薄膜和阳极氧化法设计制备的花状wo微纳薄膜置于乙二醇和氟化铵的混合溶液中低温还原,引入氧空位缺陷。实验表明,表面氧空位浓度随还原时间增加而增多,而光催化性能先增大后减小,还原时间为48h的样品光催化性能最高,其最佳光催化性能与氧空位引入前相比分别提高了2.1倍和1.7倍。光催化性能的提高归因于氧空位在wo微纳薄膜表面产生了新的施主能级,增强可见光的吸收。光生电子通过氧空位转移到导带中,抑制了光生电子和空穴的再结合。再者,以树状wo微纳薄膜为基底,采用简单的浸渍法设计制备bioi/wo异质结结构。当复合5次时,bioi/wo异质结薄膜对MB和Rh B降解速率分别提升2.39倍和3.1倍。bioi/wo异质结促进内建电场形成,使光生电子-空穴对不易重新结合。最后,以设计制备的wo微纳薄膜为装置功能核心,设计构建光催化污水处理装置。结合微纳薄膜材料特性设计出的光催化污水处理装置,具有结构稳定、性能突出和绿色环保等优点。本文模拟分析了污水循环装置的箱体和旋转装置的结构和功能,对污水处理装置的重要部件进行了结构分析,对污水处理装置箱体水压进行校核,对主要受力结构箱体和底座的应力、应变和位移进行有限元分析,根据分析结果对受力结构进行优化。

关键词：阳极氧化法水热法氧空位 wo3/bioi异质结污水处理装置有限元分析

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