钒酸铋/石墨烯和锡掺杂氧化锌的制备及太阳光催化性能研究

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本文采用水热法、热还原法、热解溶液法,分别成功制备出了哑铃型钒酸铋(BiVO4)、哑铃型钒酸铋/石墨烯(BiVO4/RGO)和球状纳米锡掺杂氧化锌(Sn-ZnO)新型光催化剂。通过X-射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(PL)对光催化剂的结晶度、形貌、粒径、物理化学及光化学性能等进行了一系列表征,并对其太阳光光催化活性进行了研究,为上述新型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。其主要研究内容和结论如下:1、哑铃型BiVO4/RGO复合光催化剂的制备及太阳光催化性能研究:采用一种简单快速的低温水热法合成了哑铃型BiVO4光催化剂,该方法无需添加表面活性剂或乙二醇等有机溶剂,是一种绿色环保的合成技术。制备的BiVO4为单斜白钨矿且具有统一的哑铃型结构,长约3μm,宽约2μm,比表面积为4.6003m2/g,平均孔隙直径为48nm。禁带宽度约为2.44eV,具有可见光响应性能。在太阳光下,以罗丹明B (RhB)模拟废水为对象,考察了哑铃型BiVO4在太阳光光照条件下,催化剂投加量和初始污染物浓度对降解RhB效率的影响,在哑铃型BiVO4的投加量为0.15g,RhB的初始浓度为7.5mg/L,经过10h太阳光照射的最佳降解条件下,RhB的脱色率达96%,表明所制备的BiVO4光催化剂具有较好的太阳光催化活性。在此基础上,我们将制备的哑铃型BiVO4进一步负载于还原石墨烯(RGO)上形成BiVO4/RGO复合光催化剂,考察RGO的复合对哑铃型BiVO4太阳光催化性能的影响。研究发现,在哑铃型BiVO4最佳光催化降解实验参数条件下,RGO的复合使BiVO4对RhB的降解率提高了26%。2、球状纳米Sn-ZnO光催化剂的制备及太阳光催化性能研究:以氯化锌和葡萄糖为原料,采用热解溶液法制备出了球状纳米Sn-ZnO和ZnO光催化剂。表征结果说明,所制备的纳米Sn-ZnO和ZnO光催化剂均具有较高的结晶度,Sn-ZnO光催化剂具有较为均一的球状结构,而ZnO则是形貌不是很均一,且易团聚但尺寸相对较小。以对硝基苯酚模拟废水为对象,对比研究了球状纳米Sn-ZnO和ZnO光催化剂的太阳光光催化性能,结果表明:经过10h的太阳光照射,纳米Sn-ZnO对对硝基苯酚的降解率、COD和TOC去除率比ZnO分别高27%、19%和12%。说明所制备的纳米Sn-ZnO半导体材料比ZnO具有更好的太阳光降解活性,亦证实了Sn掺杂可以提高ZnO的太阳光催化活性。同时,对制备的球状纳米Sn-ZnO进行了稳定性评价实验,发现经过5次循环,对硝基苯酚的降解率仍然高达72%(初次利用降解率为81%),从而证明了Sn-ZnO具有很好的光催化稳定性。
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