铋系可见光催化材料的制备及其光催化还原Cr(VI)的研究

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Cr(VI)具有高毒性和诱变致癌性,在生物体内存储积累危害极大,其毒性是Cr(III)的100倍,因此各国对它的排放进行了严格的限制。目前对含铬废水的处理主要采用化学沉淀法、离子交换法、电化学法等方法。光催化还原法作为一种环境友好型的方法,对处理含铬废水具有能耗低、操作简易、无二次污染等特点而受到广泛的关注。  近年来,半导体光催化技术发展迅速,已经不再局限于紫外光响应材料的研究,大量可见光响应的窄带系催化剂材料出现在人们的视线中。铋系催化剂材料作为一种窄带系催化剂材料,具有优良的可见光吸收能力,有效地避免了复合材料的电子空穴复合问题。  本文从制备不同形貌的Bi2WO6和BiVO4出发,通过XRD、SEM、TEM、BET物相表征,光催化还原Cr(VI)离子活性评价及一级动力学拟合,来分析各催化剂样品的光催化活性,活性差异通过单位比表面积的活性k/SBET来进行评价。结果表明:无论是不同形貌的Bi2WO6还是BiVO4,它们的单位比表面积活性各异。结合物相表征数据和活性曲线分析,可以初步推断形貌引起的光催化剂活性差异原因。对于 Bi2WO6,纳米片的活性是活性较低的纳米颗粒的两倍,分析发现,高暴露{100}面和结晶程度良好的Bi2WO6光催化还原活性更好。对于BiVO4,形貌所引起的活性差异则更为明显,活性最好的八面体为活性次之的纳米片的8.6倍,是活性较差的针状BiVO4的154倍,分析发现,八面体BiVO4(040)面的相对峰强比Ir=16.0%明显高于针状的5.0%,在结晶程度相近的情况下,这种优先晶面的对 BiVO4光催化还原效率影响巨大;对纳米片虽与其相对峰强比相近(Ir=16.5%),但八面体的活性仍高于纳米片,说明结晶程度在其中起到了重要作用,分析可知纳米片的晶粒尺寸(27.2 nm),仅为八面体的0.79倍。因此,BiVO4晶体优先向{040}面生长的趋势及结晶程度对其光催化还原性能影响很大,尤其是优先向{040}面生长的各向异性。
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