新型纳米钨酸铋制备及可见光催化降解水中有机污染物的研究

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纳米钨酸铋(Bi2WO6)具有可见光催化活性,是一种新型光催化剂,在难降解有机废水处理中极具开发应用前景。本文采用水热法成功地制备出了负载型纳米Bi2WO6/AC、花瓣形纳米Bi2WO6两种光催化剂,通过X射线衍射仪(XRD)、电子扫描电镜(SEM)等手段对其晶型、粒径、表面形貌等进行了表征。以脱色率(降解率)和COD的去除率为评价指标,系统研究了上述两种催化剂在可见光照射下催化降解染料罗丹明B、邻硝基苯酚的性能和操作条件,并对其动力学进行了分析,从而为负载型纳米Bi2WO6/AC和花瓣形纳米Bi2WO6光催化剂的制备和在难降解有机废水实际处理工程中的应用提供了理论依据。研究结果表明: 1.负载型纳米Bi2WO6/AC的表征:Bi2WO6/AC的XRD图谱表明,负载在AC上的Bi2WO6晶型为钨铋矿,理论粒径为8-12nm;负载量为10.23%;该催化剂的最佳焙烧温度为400℃。Bi2WO6/AC的SEM图表明,Bi2WO6非常均匀地负载在活性碳的空隙中,呈花瓣形精细结构,具有较大的比表面积。 2.负载型纳米Bi2WO6/AC在可见光下降解罗丹明B:在可见光照射、进水浓度为1×10-4 mol·L-1,pH值为6.0、催化剂加入量为10.0g·L-1的最佳条件下,反应60min时,罗丹明B的降解率达到了99.4%。动力学研究发现,负载型纳米Bi2WO6/AC对罗丹明B的光催化降解符合一级动力学方程和Langmuir模型,表观反应速率K1和吸附平衡常数K2分别为1.177×10-5 M min-1和1.610×10.M-1。 3.负载型纳米Bi2WO6/AC在可见光下降解邻硝基苯酚:在可见光照射、进水浓度为10.mg·L-1、pH值为5.0、催化剂加入量为5.0g·L-1的最佳条件下,反应60min时,邻硝基苯酚的降解率高达99.81%。动力学研究发现,负载型纳米Bi2WO6/AC光催化剂对邻硝基苯酚的光催化降解符合一级动力学方程和Langmuir-Hinshelwood模型。相同实验条件下邻硝基苯酚的COD去除率显著低于其光催化降解率。回收再生(400℃下焙烧2h)的催化剂仍然具有较高的光催化活性。 4.花瓣形纳米Bi2WO6/AC的制备及在太阳光下降解罗丹明B:XRD、SEM和Raman光谱分析表明,该催化剂为钨铋矿,以二次结晶的花瓣形聚合体存在,在306.13nm、722.21nm和794.84nm有一定的吸收,有利于提高对太阳光的利用率。在太阳光照射、催化剂加入量为1.0g·L-1、进水浓度为15mg·L-1、的条件下,反应60min后,罗丹明B的降解率可达80.76%。
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