改性钒酸铋的制备及其光催化性能研究

来源 :上海应用技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haoliu1988
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现如今,随着我国实力提升、人民不断追求美好生活,加速了各行业的产业升级,大量的新旧工业厂地排放工业废水,其主要形式为有机和无机复合污染物,还会对地下水和空气造成二次污染,其中持久性有机污染物一直作为难降解重毒害污染物。光催化技术以绿色、节能、可回收和高效处理有机污染物被视为最具前景的处理技术之一。钒酸铋是一种无毒、价格低、窄带隙而可见光利用率高的节能环保半导体光催化剂,但传统的钒酸铋材料具有电子空穴对易发生复合而导致光催化性能较低的问题。因此,如何制备高光能利用率的改性钒酸铋材料是目前研究的一大热点,其中通过改进其形貌和结构,来提高其光催化活性,是钒酸铋的改性方法之一。本论文分别使用直接且简便的柠檬酸络合法和借助SBA-15硬模板剂法改性制备了一系列钒酸铋催化剂,以苯酚和盐酸四环素(TC-HCL)为目标污染物,考察改性后钒酸铋的光催化性能。通过一系列影响因素考察,找出了最佳的改性条件及最优的降解条件,并利用一系列表征手段来探究所制备的改性钒酸铋催化剂的微观形貌、理化性质,推测其降解代表污染的降解路径及可能的降解机理。具体的研究内容如下:(1)以具有代表性的有机污染--苯酚和盐酸四环素(TC-HCL)为目标污染物,利用柠檬酸(Citric Acid,简称CA)熔融盐络合法制备了一系列的改性钒酸铋催化剂,并对它们的光催化性能进行了考察。研究结果表明:当柠檬酸的添加为0.05 g时,所制备Bi VO4-0.05g CA催化剂具有最优的光催化性能,其对目标污染物苯酚和盐酸四环素的降解效率分别是块状Bi VO4的3倍和3.5倍,对苯酚、盐酸四环素和淋洗废液的总有积碳(TOC)去除率分别为15.3%、44.4%和9.6%。通过表征手段,证明了其具有粗糙无序的形貌、高比表面积(BET)和表面Oads/Olatt比;通过自由基捕获实验,证实了其主要活性机理为空穴(h+)氧化。此外,它还是一种能耗小、成本低的可重复使用光催化剂。(2)借助介孔分子筛SBA-15为硬模板,构建了一系列具有介孔孔道的SBA-15-Bi VO4催化剂,研究结果表明:当SBA-15的添加为6.8wt%时所制备的催化剂具有最优的光催化性能,其对苯酚和盐酸四环素光催化6 h和3 h降解效果分别是单斜相钒酸铋(Bi VO4-B)的1.72倍和2.79倍,对苯酚、盐酸四环素和淋洗废液的总有积碳(TOC)去除率分别为15.3%、28.4%和11.7%。通过表征手段,证明了其不仅具有较小的晶粒20-30 nm和直径40-50 nm介孔,而且还具有(040)高指数晶面;通过自由基捕获实验,证实了其主要活性机理为羟基自由基氧化。
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