表面修饰BiOBr光催化材料的制备及其光催化降解性能研究

来源 :四川轻化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HW_CBSC_CCM
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在污染水体处理的整治手段中,光催化技术作为一项新型、无毒害、高效的处理污染水的技术得到业界的认可。光催化因在彻底矿化结构稳定、难自然降解的有机污染物具有独特的优势和良好的发展前景备受学术界关注。在种类繁多的光催化剂中,溴氧化铋因其特有的光学性质吸引着业界学者的目光。但BiOBr因电子-空穴复合率高、可见光利用率低等还不能满足实际应用。为提升BiOBr的光催化性,增强可实用性,人们采用构筑异质结、金属非金属掺杂、表面修饰等多种方法对BiOBr改性。其中,BiOBr的表面修饰成为改性研究的热点之一。本文采用不同修饰材料,通过水热法制备改性BiOBr光催化剂,分别考察了导电炭(CC)、炭黑(CB,空气焙烧处理)和β-环糊精(CD)对BiOBr光催化性能的影响。样品的表面形貌和晶体结构由扫描电子显微镜(SEM),高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)进行分析;催化剂的光学特性和光生电荷分离效应由紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、表面光电压(SPS)和电化学光谱进行测试;通过氯化硝基四氮唑蓝(NBT)-超氧自由基实验、电子顺磁共振(EPR)测试和捕获实验来研究反应体系中的活性自由基;催化剂光催化性能通过模拟污染物罗丹明B(RhB)的降解程度来评价,并对其的稳定性进行了测试。本文的主要实验结果如下:1.采用水热法,以功能化导电炭(CC)原位修饰制备得到富含氧空位(OVs)的CC/BiOBr复合材料。功能化导电炭材料诱导BiOBr形成具有更小颗粒的晶体;样品的光学性能增强,可见光吸收能力提升;CC修饰的BiOBr富含氧空位,提升了光生电荷的分离,增加了反应体系中超氧自由基的浓度;以CC/BiOBr质量为1%所制备的样品展现出优异的光催化性能和对RhB的矿化能力,在模拟太阳光光照40 min,RhB被降解80%,其光催化性能为纯BiOBr的4倍。2.以功能性炭黑(CB)水热法原位辅助制备BiOBr光催化剂,经空气气氛焙烧得到富含OVs的改性BiOBr光催化剂。经CB修饰后再经焙烧处理得到的BiOBr形貌为花球状3D结构,其晶格结构发生改变,晶粒尺寸变小;EPR测试表明经CB修饰焙烧后的BiOBr的氧空位高于对照BiOBr。对RhB的光催化降解表明CB/BiOBr质量为0.3%焙烧处理的溴氧化铋展现出优于参考BiOBr的光催化性能。在模拟太阳光照射25 min,RhB降解率达到3.以β-环糊精辅助制备改性溴氧化铋材料。通过水热法制备的CD/BiOBr表面形成更多OVs,且制备的BiOBr光催化材料在晶体结构和比表面积方面发生明显变化。捕获实验和NBT测试表明,β-环糊精修饰后的BiOBr在光催化反应体系中超氧自由基含量较高,CD/BiOBr质量比为0.1%所制备的BiOBr表现出优于参考溴氧化铋的光催化性能。RhB在CD/BiOBr(0.1%)上降解速率常数是参考BiOBr的2倍。
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