铋基复合氧化物的制备及对有机废水的光催化性能研究

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铋系氧化物光催化剂具有特殊电子结构,可见光吸收以及窄的带隙能等优点,在光催化产氢、水污染净化等领域受到广泛应用。本论文以增强铋系氧化物光催化剂吸收更多可见光和抑制电子空穴复合速率为目的,采用水热法合成了几种铋基氧化物复合光催化剂,分别光催化降解亚甲基蓝,盐酸-强力霉素和盐酸-四环素等难降解有机物。主要研究结果如下:1.以Bi(NO33·5H2O和Na2MoO4·2H2O为原料,通过溶剂热法和混合煅烧法制备了Z型复合光催化剂Bi2O3/MoO3。采用一系列表征手段系统检测了Bi2O3/MoO3复合光催化剂的形貌、微结构以及光电性能。光催化实验结果表明,与纯Bi2O3和MoO3材料相比,所得到的Bi2O3/MoO3复合材料在可见光照射下对亚甲基蓝(MB)显示更高的光催化降解活性,主要归因于Bi2O3和MoO3之间构建的Z型系统对光生电子和空穴的有效分离。此外,能带计算,自由基捕获实验和光致发光光谱(PL)等结果证明了在可见光下MoO3导带上的光生电子与Bi2O3价带上的光生空穴结合,同时跃迁到Bi2O3的价带上将氧分子还原成超氧根离子,与MoO3价带上的空穴共同参与有机物的降解。2.采用溶剂热法和化学沉淀法,通过控制硝酸银和溴化钾的添加量,合成了不同碘化银质量的异质结型AgBr/Bi4O5I2复合光催化剂。紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)证实了AgBr/Bi4O5I2复合光催化剂增加了其对可见光的吸收,光致发光光谱(PL)说明了复合样品减少了电子空穴的复合率。在可见光下以盐酸-强力霉素(DC-HCl)为目标污染物,考察了不同碘化银含量的AgBr/Bi4O5I2复合光催化剂的光催化活性,实验结果表明,AgBr(5%)/Bi4O5I2复合光催化剂在60分钟内对DC-HCl的去除率为72.4%,远远高于纯AgBr和Bi4O5I2在相同条件下的光催化活性。同时,AgBr/Bi4O5I2复合光催化剂表现出较强的稳定性,在重复使用四次后,光催化性能没有发生明显的降低,对DC-HCl的去除率在72.4%至70.0%之间。自由基捕获实验结果表明空穴为该体系的主要活性基团,参与氧化还原反应,控制着光催化反应的进程。3.采用一步溶剂热法成功合成了具有高比表面积和优异光性能的Ni2+掺杂Bi4O5I2超薄纳米片,系统研究了Ni2+/Bi4O5I2材料的组成、形貌、光吸收、能带和比表面积。研究结果表明,Ni2+成功掺杂到Bi4O5I2晶体内部,掺杂后的Ni2+/Bi4O5I2复合材料的比表面积由原来的38.1m2/g增加到53.5m2/g,增强了对目标污染物的吸附能力,并可以提供更多活性位点参与光降解反应。进一步将该复合光催化剂与高级氧化技术(H2O2)联用,Ni2+/Bi4O5I2/H2O2体系在可见光照射下60分钟降解盐酸-四环素(TC-HCl)90%以上,其表现出优于纯Bi4O5I2、Ni2+/Bi4O5I2以及H2O2的光催化活性。该体系优异的催化降解性能主要归功于Ni2+/Bi4O5I2复合材料在可见光下光生电荷的有效转移,以及H2O2与光催化剂的协同作用。
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