Ag/AgBr/BiVO4光催化剂的制备及其降解室内空气中甲醛的实验研究

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甲醛是室内空气污染物中的典型代表,已被世界卫生组织列为一类致癌物,甲醛在装修后的室内可长时间散发并可能导致室内空气甲醛浓度持续超标。如何控制室内空气中甲醛污染,有效地净化、去除室内空气中甲醛,是近年来从事室内空气质量保障的学者和工程界关注的一个热点问题。光催化净化技术能源消耗少、工艺简单、无二次污染,在室内空气污染控制和有机污染物净化方面受到越来越多的关注。早在1972年日本学者Fujishima和Hond就开始关于Ti O2的研究,关于Ti O2的研究一直是热点。但纳米Ti O2禁带宽度大,仅对紫外光响应,在净化室内空气中甲醛时受室内光照条件局限,降解效率降低,应用受限。针对Ti O2进行掺杂、改性研究,以拓展其对可见光的响应。而寻找、研制具有良好可见光响应的光催化剂也已成为新的研究热点。钒酸铋(BiVO4)禁带宽度窄,与Ti O2相比具有可见光响应的优势。但BiVO4也存在着光生电子和空穴易复合的问题。本研究旨在研制对可光响应良好的钒酸铋基光催化材料Ag/AgBr/BiVO4,通过改性降低光生电子复合率,进一步用于净化室内空气甲醛,以营造良好的室内空气环境。首先,本研究采用水热法制备BiVO4,然后对BiVO4进行改性,采用沉淀-光还原法在BiVO4表面负载Ag/AgBr颗粒,制得Ag/AgBr/BiVO4。通过XRD、SEM、XPS等表征技术,对Ag/AgBr/BiVO4的晶相、形貌和光吸收性能等进行分析。表征结果显示:本研究制备的Ag/AgBr/BiVO4光催化剂结晶度良好,为光催化活性最好的单斜白钨矿晶相,且Ag/AgBr均匀分布于BiVO4表面;在500-780nm范围内的光吸收能力显著增强,电子-空穴的复合得到了抑制。其后,本论文开展了制备Ag/AgBr/BiVO 4主要制备工况和主要影响参数的优化配比实验研究。使用单一因素控制变量法,考察了水热反应温度、硝酸银用量和水热反应时间三个主要制备因素对Ag/AgBr/BiVO4光催化净化性能的影响,总结了Ag/AgBr/BiVO4光催化剂的最佳制备条件为:水热反应温度为170℃,硝酸银用量为30%,水热反应时间为16h。最后,以室内空气中甲醛浓度现状调查结果为参考,设定甲醛初始浓度,在自制的环境测试舱中进行Ag/AgBr/BiVO4光催化剂降解甲醛效率的实验研究。在调节不同的甲醛初始浓度、Ag/AgBr/BiVO4用量和光照强度三个因素时,考察甲醛降解率变化情况。结果表明,在一定范围内,光照增强、甲醛初始浓度提高、Ag/AgBr/BiVO4用量增加,甲醛降解率提高。本研究制备的Ag/AgBr/BiVO4光催化剂在180min内对室内空气中甲醛的降解率超过90%。本研究成果表明,本研究研制的Ag/AgBr/BiVO4具有对可见光响应较好,光生电子-空穴复合率较低,对模拟的室内环境空气中的甲醛,具有较高降解效率,可有效净化甲醛,营造健康安全的室内空气环境。
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