铁酸盐异质结纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

来源 :大连交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:new_fisher
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随着科学技术的发展和人口数量的快速增长,环境污染现象日益严峻,全面治理大气、水、土壤等的污染问题已经刻不容缓。光催化氧化技术可以利用天然太阳能,在常温常压下将污染物彻底矿化成二氧化碳和水,是处理环境污染问题潜在有效的方法,而传统的TiO2催化剂对可见光的利用率低且催化活性不高。针对上述问题,本论文构建了三种铁酸盐异质结可见光响应型催化剂,利用异质结构促进光生载流子的分离和迁移效率,从而提高光催化降解率。利用现代仪器分析方法对所制备的异质结材料进行了形貌和结构的表征,并考察了其对气相甲苯和抗生素废水可见光催化活性。主要研究成果如下:(1)采用溶剂热法和固相研磨法制备出ZnFe2O4/WO3纳米管状异质结材料,直径约150 nm的纳米管表面附着大量纳米颗粒,兼具ZnFe2O4和WO3的特征X射线衍射峰和红外峰。与单相WO3材料相比,ZnFe2O4/WO3异质结材料的催化活性更高,经过8 h的光照,甲苯的光催化降解率为75.0%,苯甲酸和苯甲醛为反应的中间产物,CO2为最终产物。(2)成功制备出ZnFe2O4/WO3纳米棒状异质结材料,ZnFe2O4纳米颗粒均匀分布在直径约200 nm、长度约500 nm的棒状WO3表面,XRD和FTIR分析结果均表明两者成功复合。将30 mg ZnFe2O4/WO3纳米棒状异质结催化剂,加入到100 mL的20 mg/L甲硝唑溶液中,调节体系p H到9左右,氙灯照射150 min后,甲硝唑溶液的降解率达到87.1%。(3)调控制备出g-C3N4质量百分比分别为10%、30%、50%的BaFeO2.5/g-C3N4纳米球状异质结复合催化材料,其微观形貌为直径30 nm左右的表面为绒毛状的球形,XRD和FTIR表征证明成功制备了异质结复合材料。异质结材料BaFeO2.5/g-C3N4(10%)催化活性最高,在其用量为20 mg时,对20 mg/L的头孢克肟溶液进行180 min光催化反应,抗生素溶液的降解率达到87.9%。(4)推测了铁酸盐纳米异质结促进可见光诱导的电荷分离机理。基于两种单相半导体互相匹配的能带结构,光生电子流向导带位置较低的材料,而光生空穴则迁移到价带位置较高的材料,加促了光生电荷的有效分离,从而提高铁酸盐异质结材料光催化降解污染物的活性。
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