一种Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合物的直接氧化及可见光催化性能研究

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本文以NaBiO3为原料,制备了一种新型含铋氧化剂及光催化剂,并着重研究它们在处理染料废水中的应用。本文主要从以下三个方面展开:1.铋基复合氧化物的制备与表征;2.铋基复合氧化物直接氧化降解罗丹明B及其机理研究;3.铋基复合氧化物的光催化反应性能及应用研究。  首先,以NaBiO3为前驱体,通过盐酸刻蚀法制得了Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合氧化物(BOCs),通过HCl的用量调控铋基复合氧化物中Bi(Ⅴ)与Bi(Ⅲ)的比例,并采用XRD、XPS及HRTEM对其结构、形貌与Bi(Ⅴ)与Bi(Ⅲ)的比例等进行表征。表征结果显示,随着HCl用量的增加,NaBiO3先水解生成Bi2O3,再转化为BiOCl。并且,BOCs中Bi(Ⅴ)与Bi(Ⅲ)的比例可以通过HCl的用量进行调控。  然后,以罗丹明B(RhB)为有机染料污染物代表,研究不同价态比例的Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合氧化物氧化降解 RhB的能力,并探讨其降解机理。实验结果表明,BOCs不经加热干燥预处理时具有直接氧化能力,能迅速降解罗丹明 B(RhB),且不需要任何外加能源,是一种高效的氧化剂。虽然 BOCs不具有催化性,但因其具有制备简便、原料廉价、反应迅速等优点,亦不失为一种优良的废水前处理方法。  最后,以RhB为目标污染物探讨了不同价态比例Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)复合氧化物的可见光催化能力。实验结果表明,BOCs具有较好的可见光催化能力,且当c(HCl)/c(NaBiO3)=0.2时制得的BOCs-0.2具有最优的可见光催化能力,其速率常数分别为NaBiO3、Bi2O3和BiOCl的2.3倍、19.4倍、25.5倍。对BOCs-0.2进行XPS、XRD表征发现,其主体仍为NaBiO3,且在其表层同时存在NaBiO3、Bi2O3及BiOCl三种成分,表明这三者共存能增强其可见光催化能力。而BOCs的可见光催化性能具有较好的循环性,说明引入可见光有利于Bi(Ⅴ)-O-Bi(Ⅲ)中组成稳定。
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