随着石油海上运输的不断发展,溢油污染物的清除已成为保护海洋生态系统的重要问题。当前有多种溢油处理方式被应用,其中光催化氧化法因其独特的优势被作为研究热点。本论文针对光催化降解溢油相关污染物中存在的问题,设计出三种Bi基半导体分别与Fe3O4、Bi2O2CO3和Ce VO4复合的光催化剂。通过调控形貌以及构建Z型、p-n型和S型异质结提高了铋基光催化剂对可见光的响应范围和光催化降解有机污染物的活性。通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis DRS、EIS等表征对光催化剂的组成、结构以及光学性质进行了分析。在可见光下,通过对水中的芳香类有机污染物CIP、TC和模拟海水中的萘的降解效果评价了复合材料的光催化性能,并结合自由基捕获实验和EPR测试分析了异质结的光催化机理。论文主要部分及结论:1.利用水热法合成一种2D/2D Fe3O4/Bi2WO6光催化材料。系统研究了水热温度与对材料形貌的影响和Fe元素比例对光催化降解性能的影响,然后通过电镜图像分析出Fe3O4/Bi2WO6光催化材料的三维花状结构由二维纳米片组成。通过控制反应条件构筑了Fe3O4/Bi2WO6Z-Scheme异质结,考察了水热温度对光催化剂组成及形貌的影响。在可见光辐射下,25 min内FB-180对CIP的降解效率达到99.7%,并考察了FB-180在降解过程中可循环利用性。这表明该结构的构建有利于可见光的吸收,电子空穴的分离与迁移,进一步提高了材料的氧化还原能力。根据光电化学测试及EPR测试明确了Z-Scheme异质结的能带结构和电荷转移机制,证明·OH和·O2-是降解CIP的主要活性物质。2.虽然Z型异质结有众多优势,但是其Fe元素的微量比例及载流子迁移机制使其光催化氧化能力有限,无法实现对溢油污染物多环芳烃的降解。Bi2O2CO3独特的层状结构在高温环境中发生晶型改变形成异质结可以提高其氧化还原能力。因此采用水热法与煅烧法结合制备了一种α-Bi2O3/Bi2O2CO3光催化材料。考察了煅烧温度与PAN添加比例对光催化剂形貌组成以及晶相结构的影响。当Bi2O2CO3与聚合物的比例为140:1时,400℃的氮气环境中煅烧形成的复合材料光催化性能最优。BO-400@PAN-140光催化剂在可见光照射60 min后,对高浓度TC的去除率可达98.21%,100 min矿化效率为45.0%。通过HPLC-MS分析出TC分子可能通过两条途径有效分解。循环实验表明光催化剂拥有良好的稳定性。根据光电化学性能分析以及自由基捕获实验说明α-Bi2O3与Bi2O2CO3形成了p-n型异质结,并且提出了该异质结的光催化反应机理。3.虽然Bi2O2CO3单组分转变形成的异质结对可见光的响应增强,氧化能力也有所增加,但是其对光源的利用率以及电荷转移机制导致其难以在复杂海水环境中实现对复杂的多环芳烃进行处理。Ce VO4与Bi2S3进行复合能大幅度提高光催化剂的可见光吸收范围和氧化还原能力。因此采用两步溶剂热法制备了Bi2S3/Ce VO4异质结构光催化剂。研究了Bi2S3与Ce VO4复合比例对光催化的结构组成和形貌的影响。在可见光照射条件下,纯水环境中Bi/Ce-30光催化降解萘的效率超过97.39%,模拟海水环境中Bi/Ce-30光催化降解萘的效率约为87.20%且200 min后矿化率达到66.60%。Bi/Ce-30在污染物初始浓度为30 mg/L,海水p H为8时拥有最优的降解效率。海水主要组分对光催化活性的影响较小。循环实验表明Bi/Ce-30光催化稳定性良好。此外,通过能带结构分析与光电化学测试表明Bi2S3/Ce VO4构建了S型异质结。通过自由基捕获实验与EPR分析确定了·O2-和·OH为光催化降解过程中的活性物种,提出了S型异质结光催化降解溢油相关污染物的反应机理。因此,基于铋基材料的不同类型的异质结构建,光响应范围逐渐扩展,并且随着氧化能力的提升,逐步实现了对纯水中有机污染物至海水中难以处理的多环芳烃的降解。