碳酸氧化铋的制备、改性及应用研究

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我国淡水资源匮乏,但印染废水排放量大且污染严重,治理废水污染、实现水资源的再生利用迫在眉睫。光催化技术处理废水,具有能耗低、绿色环保,可将有机污染物彻底降解成无机小分子等优点。但光催化剂普遍存在比表面积小、不能有效利用太阳光、光生电子-空穴对迁移率低等问题。因此讨论如何克服光催化剂存在的缺点有重要的理论及应用的意义。本文从铋系光催化剂中的Bi2O2CO3入手,研究其制备方法并对其进行改性、构建异质结,力求获得一种处理有机染料的高性能半导体光催化剂。主要研究内容如下:(1)以Bi(NO3)3和柠檬酸为原料,首先制得柠檬酸铋,再高温煅烧柠檬酸铋制得Bi2O2CO3。采用共沉淀/高温煅烧法,以Bi2O2CO3、Cd Cl2和Na2S为原料制备CdS/Bi2O2CO3二元异质结;以Bi2O2CO3、Ag NO3和KI为原料制备AgI/Bi2O2CO3二元异质结。以Bi2O2CO3、CdS、Ag NO3和KI为原料制备AgI/CdS/Bi2O2CO3三元异质结。以碱性品绿光催化降解率为依据。研究了制备二元和三元异质结光催化剂的影响因素和优化工艺条件。研究发现摩尔比依次为0.25:0.30:4.00的三元异质结AgI/CdS/Bi2O2CO3光催化降解性能最佳。(2)本论文对AgI/CdS/Bi2O2CO3的形貌、结构、比表面积及可见光响应范围进行了表征。SEM发现AgI、CdS均匀的负载在Bi2O2CO3晶体表面,未更改其形貌而且提供了反应途径,推动了电荷转移;通过BET发现AgI/CdS/Bi2O2CO3的比表面积有所增大,提供了很多反应活性位点;通过UV-Vis发现三复合物AgI/CdS/Bi2O2CO3较Bi2O2CO3出现了明显的红移,拓宽了可见光响应范围。(3)采用单因素实验、正交试验以及响应面优化实验探究降解阳离子染料碱性品绿和阴离子染料酸性品红的最佳优化工艺。研究了催化剂质量、初始浓度、钨灯功率以及p H对其去除率的影响。利用软件对不同因素进行模拟实现碱性品绿最优降解结果:0.01g AgI/CdS/Bi2O2CO3,p H=10,30mg/L,可去除14.411mg/g碱性品绿;降解酸性品红的最优降解结果:0.01g AgI/CdS/Bi2O2CO3、150W的光照强度、30mg/L、p H=10,在此条件下可去除9.95mg/g的酸性品红。(4)利用循环实验研讨所构建的异质结的稳定性和实用性,发现重复五次之后AgI/CdS/Bi2O2CO3依旧有较高的催化活性,降解率仅下降9%左右;通过捕获实验探究出在降解阳离子染料碱性品绿时的主要活性物质为h+和·OH,降解阴离子染料酸性品红时的主要活性物质为·O2-和h+,并对两种污染物的降解机理做了讨论。
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