Sr2Bi2O5的制备、掺La改性及其光催化性能研究

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染料废水具有成分复杂、色度高、排放量大、可生化性差的特点,一直是废水处理中的难题。采用光催化氧化法处理有机废水,具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件容易控制、无二次污染等突出优点,为染料废水的工业化处理提供了新思路和新途径。本文以SrCO3,Bi2O3和La2O3为原料,采用固相法制备Sr2Bi2O5和掺杂La2O3的Sr2Bi2O5化合物,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试方法对样品进行了表征,同时以酸性红G为对象,模拟染料废水进行了催化降解实验。XRD和SEM分析结果表明,在900℃焙烧4h时可合成纯度很高具有氧位缺的Sr2Bi2O5粉末晶体,该化合物为属于正交晶系,所属空间群为Pnma[62],晶胞参数是a=1.430nm b=0.6172nm c=0.7625nm。合成的晶体晶粒均匀,结晶度较好。掺杂La2O3并没有改变Sr2Bi2O5的结构和晶体形貌。进行了Sr2Bi2O5对酸性红G模拟的染料废水的光催化降解实验。考察了光源,合成温度及时间,反应物的初始浓度,催化剂的投加量等因素对光催化降解的影响。实验表明,在荧光灯(λ=365nm)照射下,用900℃焙烧4h制得的Sr2Bi2O5样品,降解浓度为50mg/L酸性红G溶液,2h后的降解率即可达到98.6%,其光催化活性高于公认的对比样德国P25-TiO2;当酸性红G初始浓度为90mg/L时,2h后降解率也可达77.0%;光催化降解率与溶液初始浓度成反比,催化剂的最佳投加量为3.0mg/L左右。掺杂适量的La2O3能够使Sr2Bi2O5光催化活性略有提高,但是当掺杂La2O3量较大时,反而会使Sr2Bi2O5光催化活性降低。最佳掺镧量为0.4 wt.%。动力学研究表明,在本实验条件下,Sr2Bi2O5和掺杂La2O3的Sr2Bi2O5光催化降解酸性红G的反应属于一级反应,可以用L-H动力学方程描述。通过紫外-可见光谱和红外光谱分析,初步探讨了Sr2Bi2O5降解酸性红G的机理以及酸性红G脱色历程,发现酸性红G溶液的脱色最终不是被催化剂所吸附,而是在荧光灯照射下被Sr2Bi2O5的催化降解。最后还分析了掺杂La2O3对Sr2Bi2O5光催化活性的影响。
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