Bi2WO6的改性及其光催化降解甲苯的性能研究

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挥发性有机污染物(VOCs)是公认的对人体有毒有害的一类大气污染物,经过一系列的光化学反应会形成雾霾,因此治理VOCs是实现“蓝天保卫战”的重要方面。光催化技术具有的独特优点而被广泛的应用于VOCs的降解,到目前为止,研究人员已经开发出了一系列光催化剂,其中Bi2WO6被认为是具有发展潜力的光催化剂之一,但单一Bi2WO6在实际应用中有以下问题:具有电子-空穴易复合,对可见光利用率低。本课题利用Bi2WO6为主体催化剂,通过对Bi2WO6的表面形貌控制,半导体复合,贵金属沉积等方面来解决上述问题,催化剂的活性测试:以甲苯为目标污染物进行光催化降解来评价,研究内容如下:(1)Bi2WO6形貌结构调控:主要针对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对Bi2WO6催化剂的制备条件和活性的影响,合成的Bi2WO6催化剂一系列表征技术分析其晶相结构,形貌等,PVP加入量对Bi2WO6催化剂的活性影响采用光催化降解甲苯来评价。实验过程采用PVP辅助水热法、剂热法合成Bi2WO6,确定在两种合成方法中PVP的加入最佳量。实验结果表明,PVP加入,对改善Bi2WO6催化剂的形貌有一定程度的影响,并有助于扩大可见光的吸收范围,提高光催化降解甲苯的效果。(2)采用MoS2与Bi2WO6进行复合,扩大可见光的吸收范围,增加电子传输与分离。溶剂热法合成的MoS2/Bi2WO6复合催化剂,考察单一因素不同摩尔比Mo:W合成的复合催化剂,对光催化降解甲苯的影响,并对合成的催化剂进行表征,分析其结构,光学性质等。TEM图像显示Bi2WO6纳米颗粒负载在片状的MoS2上。降解甲苯实验发现,相比于纯Bi2WO6,MoS2/Bi2WO6复合催化剂对甲苯降解效率明显提高。当摩尔比为Mo:W=1:5,MoS2/Bi2WO6复合催化剂降解率在120.0min达到91%。降解率的提高主要由两个原因引起:一方面,MoS2的加入可以对电子-空穴分离有一个促进作用,从而提高材料光催化活性;另一方面,MoS2的加入,提高了MoS2/Bi2WO6复合光催化剂对可见光的吸收能力。(3)采用Bi金属对Bi2WO6进行改性,利用Bi金属表面的等离子共振效应能有效的加快电荷转移。Bi/Bi2WO6是通过简单的水热/溶剂热两步路线合成的,合成的复合催化剂的结构,光学性质等被一系列的表征技术进行分析,并通过光催化降解甲苯来评估Bi/Bi2WO6复合催化剂的光催化活性。TEM图像表明,Bi金属被成功地负载在Bi2WO6纳米片的表面,且在图像中可以清楚地看出Bi金属纳米球和Bi2WO6纳米片相互接触的界面之间存在紧密的接触,XPS数据显示添加Bi金属后,复合催化剂的Bi 4f和W 4f轨道的结合能相比于单一Bi2WO6催化剂向高结合能方向偏移,表明两者之间存在强烈的相互作用。降解实验表明:当还原温度控制在180.0℃时,对应的Bi/Bi2WO6复合光催化剂(180.0℃样品)具有最佳的光催化降解能力,降解率在150.0 min达到88%。Bi/Bi2WO6复合光催化剂具有较好的光催化降解能力,表明Bi金属的SPR作用可以有效提高催化剂对可见光的吸收能力,促进电荷载流子转移。(4)MoS2/Bi2WO6和Bi/Bi2WO6在可见光的照射下降解甲苯气体实验中,随着甲苯的初始浓度的升高,MoS2/Bi2WO6和Bi/Bi2WO6复合催化剂均对甲苯的去除效率下降;光催化反应体系中氧气浓度升高,对复合催化剂催化反应起促进作用,但若氧气浓度持续升高到25%,MoS2/Bi2WO6和Bi/Bi2WO6复合催化剂均对甲苯的降解率呈现下降趋势;光照强度在整个反应体系中也是起促进作用,光照强度的提高,复合材料表面单位面积上光子数量越多,所以材料对甲苯的降解率越高。
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