磁性易回收Bi12O17Cl2基光催化剂的制备及性能分析

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tengshuo
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半导体光催化剂的发展为解决环境污染和缓解能源危机带来了新的曙光和希望。Bi12O17Cl2作为光催化剂中的一员,它不但能够深度降解和矿化有机染料(罗丹明B、甲基橙、甲基蓝等),而且还能够降解抗生素(盐酸四环素、双酚A)、还原二氧化碳等。但是,作为可以利用太阳能去除污染物的新型光催化材料,Bi12O17Cl2和其它光催化剂都面临着同样的新问题,那便是因其不能在使用过后完全回收而对环境造成二次污染的问题。因此,为了进一步提升Bi12O17Cl2的光催化性能,并且使其能够在有效利用后得到充分的回收,避免因残留而造成的二次污染,本文通过磁性材料对Bi12O17Cl2进行修饰改性,设计出具有高光催化活性的磁性易回收Bi12O17Cl2光催化剂,具体研究内容如下:(1)制备Fe3O4/Bi12O17Cl2磁性复合材料。首先,利用共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子。然后,在制备Bi12O17Cl2纳米薄片的过程中,将已经准备好的Fe3O4纳米粒子均匀分散在反应体系中,使二者更好结合。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱和光电流等方法,表征了制备样品的结构组成、表面形貌、微观形貌和光学性质等。各个表征结果之间互相佐证。当Fe3O4的理论负载质量为0.095 g时,即Bi12O17Cl2理论质量的10%,所制备的Fe3O4/Bi12O17Cl2复合材料展现出最佳的光催化活性,对罗丹明B的降解速率为单一相Bi12O17Cl2的1.96倍。此外,经过Fe3O4改性的Bi12O17Cl2,展现出了优秀的磁回收性能和稳定的循环性能。最后,根据捕获剂实验的结果提出了可能的光催化反应机理。(2)制备p-n异质结CoFe2O4/Bi12O17Cl2复合光催化材料。首先,利用水热法制备出Co Fe2O4纳米粒子,然后通过化学沉淀法将Co Fe2O4纳米粒子均匀地负载在片状Bi12O17Cl2的表面。利用X射线衍射和X射线光电子能谱分析了样品的结构组成和元素价态。通过扫描电镜和透射电镜观察了样品的表面形貌和微观形貌。通过降解模拟污染物罗丹明B,来考察复合材料在可见光下的降解能力。Co Fe2O4/Bi12O17Cl2复合材料均表现出了优于单一相Bi12O17Cl2的光降解能力,其中3%-Co Fe2O4/Bi12O17Cl2性能最佳。另外,该复合材料具备良好的磁性能和优异的循环稳定性。最后,结合紫外可见吸收光谱、莫特-肖特基曲线、捕获剂实验和电子自旋共振技术的结果,推测了可能的机理。
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