水滑石负载Bi2O3的制备、表征及其光催化性能研究

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:engineer2007
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本文以开发禁带宽度较窄的新型可见光催化剂为目的,以水滑石为载体、Bi203改性以及Pd离子负载为目标,设计并合成了具有高效可见光响应的催化剂Pd2+-Bi2O3/MgAl-RLDH,并对合成物进行了表征分析,优化了催化剂的合成条件和对亚甲基蓝(MB)的降解条件,研究了催化剂对MB的吸附动力学、吸附热力学以及光降解动力学,并对其降解机理进行了探讨分析。研究的主要内容如下:(1)采用Bi(NO3)3·5H2O为前驱体,水滑石为载体,浸渍法合成了新型可见光催化剂Bi2O3/LDHs,并通过Pd2+表面修饰对催化剂表面改性以提高其可见光催化性能;对催化剂的表面结构、性质及其组成进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶红外分析(FTIR)、电镜扫描(SEM)、投射电镜扫描(TEM)、比表面积分析仪(BET)、能量色散x射线荧光(EDX)以及电感耦合等离子体(ICP)等表征分析。(2)优化了水滑石种类、水滑石Mg/Al摩尔比、水滑石负载量、煅烧温度、掺杂金属阳离子的种类以及掺杂离子量等光催化剂对Pd2+-Bi203/RLDH的合成条件的影响。通过在可见光下降解MB来考察其催化性能,探讨了光照时间、pH值、MB初始浓度、循环使用对光催化性能的影响。实验结果表明:在合成条件为Mg/Al摩尔比3.1、水滑石负载量50wt%、Pd离子掺杂量1.0%、温度500℃煅烧5h所合成的光催化剂在MB初始浓度为10mg/L、pH为6.85、光照4h时对MB的光降解率达到最佳效果。(3)对光催化剂吸附MB的动力学进行了准一级、准二级以及Elovich动力学模型拟合,对吸附热力学数据进行了Langmuir等温线和Freundlich等温线方程拟合,同时对光催化动力学方程也进行了拟合。结果表明:催化剂吸附MB过程符合准二级动力学模型,热力学数据符合Langmuir等温线方程,光催化动力学符合表观一级动力学特征。(4)探讨了光催化剂在可见光下对MB的降解机理。结果表明:水滑石通过吸附MB分子传递给Bi2O3,由Bi203实现对MB的光降解,Bi2O3表面附着的Pd2+可作为Bi2O3的电子捕获体,提高了电子空穴对的分离能力,从而提高Bi203对MB的光降解;在光降解过程中负载的水滑石可提供生成羟基自由基所需的羟基和促进β-Bi203晶相结构的生成,由此提高光催化剂对降解物的吸附性能和光降解性能。
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