碱式硝酸铋系光催化剂的制备及其性能研究

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通过光催化降解污染物或水分解制氢,是解决环境和能源问题的重要技术之一。铋系化合物因其原料丰富、无毒或低毒以及对可见光响应好而受到了广泛研究。而碱式硝酸铋系列化合物因为种类多、无毒等特点,近年来也被用作光催化剂。本文主要以Bi(NO3)3·5H2O为原料,分别采用水热法和室温水解法,制备了不同组成及微结构的碱式硝酸铋,并详细探讨了所合成的碱式硝酸铋的光催化性能和吸附性能,具体内容如下:(1)以完全烘干的Bi(NO33为原料,充分吸附冰醋酸后,通过水热法制备得到了Bi2O2(OH)(NO3)(记为BION),其形貌是由纳米片组装而成的花状多级结构。研究发现,以烘干的Bi(NO33并与醋酸充分反应后作为初始原料,对花状形貌的形成起重要作用。另外,水热温度和水热时间对产物的形貌也有较大影响。在所有制备的样品中,150 ℃水热5 h所制备的花状BION形貌最均匀,其对罗丹明B(RhB)和结晶紫(CV)的光催化活性也最好。(2)由于BION禁带宽度大,只在紫外光下有光催化活性。以HCl调节体系pH,以Na2S,硫代乙酰胺和硫脲为硫源与BION进行硫交换,制备Bi2S3/Bi2O2(OH)(NO3)复合物(记为BS-BION)。其中,以硫脲作为硫源,体系pH = 3时制备得到的BS-BION在可见光下对RhB的光催化活性最佳。(3)在室温下,将Bi(NO3)3·H2O溶解在乙二醇甲醚(2ME)中,加入不同种类和不同量的碱溶液(尿素,六次甲基四胺HMTA,NH3·H2O,NaOH),制备得到了形貌可控的[Bi6O5(OH)3](NO3)5·3H2O(记为BION-5N)和[Bi6O6(OH)2](NO3)4·2H2O(记为BION-4N)两种碱式硝酸铋。碱种类和碱量明显影响产物的组成和形貌。其中,40 mmol HMTA溶液中所制备的BION-4N由于其比表面积大,在紫外光下对RhB的光催化活性最好。而10 mmol尿素溶液中所制备的BION-5N由于其表面正电荷高,对甲基橙(MO)表现出了极强的吸附能力。
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