纳米红磷的制备、改性及其光催化还原Cr(Ⅵ)的应用研究

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众所周知,六价铬Cr(VI)致癌、致畸变,是一种常见的重金属污染物。采用有效的措施对六价铬污染进行处理,一直是环境保护行业的研究热点。相较于传统处理措施,光催化技术更为经济,不产生二次污染,具有极大的应用优势。红磷,作为一种天然半导体,不含金属元素,具有较宽的可见光吸收范围(带宽约为1.8 eV),具备廉价、化学性质稳定、无毒等优势,在光催化研究中极具潜力。但是原始的商业红磷颗粒尺寸在微米级别,比表面积小、载流子复合率高等问题,其光催化活性较低。于是,本文采用水热处理和超声处理的方法,对商业红磷进行改性,应用于Cr(VI)的光还原研究,对比了处理之后得到的纳米红磷与商业红磷的光催化活性,并对纳米红磷进行改性进一步提高了纳米红磷的光催化活性。最后,通过材料表征研究了催化材料活性提高的机理,主要内容如下:1、将5 g商业红磷作为原料,水热处理12小时,超声处理2小时,得到了了粒径在10 nm以下的红磷光催化材料。采用X射线衍射、扫描和透射电镜、固体紫外吸收、光电子能谱、等表征分析了纳米红磷的物相、表面化学组成、形貌结构以及光学性质。实验结果表明,在pH=2的条件下,加入2 mg纳米红磷,可见光照射36 min后,40 mL浓度为20 mg/L的Cr(VI)水溶液即可被完全转化。实验结果表明,粒径降低所提供的高的比表面积和高的光生电荷迁移速率是红磷光催化活性提高的主要原因。2、通过简单的吸附-沉积法合成了BiPO4/RP复合光催化剂。通过X射线衍射、扫描和透射电镜、光电子能谱、固体紫外吸收等表征分析了纳米红磷的物相、表面化学组成、形貌结构以及光学性质。由实验结果可知,当红磷和磷酸铋的质量比为5:1(BiPO4/RP-0.2)时,所得到的材料的光催化活性最为优异,可见光下光照8 min后,对六价铬的去除率达到99%,其反应速率常数是纳米红磷的1.8倍。研究表明,磷酸铋可以作为电子陷阱,提高了红磷表面载流子的分离效率,降低了光生电荷的迁移速率是磷酸铋/红磷异质结光催化活性提高的主要原因。
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