(BiO)2CO3催化剂的制备、改性及其光催化性能研究

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随着全球工业化的发展,环境污染问题渐渐凸现出来,对于环境污染的防治迫在眉睫。光催化技术由于其具有可以有效的去除污水中的污染物,节能环保,又无二次污染的优点而广泛得到人们的重视。(BiO)2CO3是一种Aurivillius型氧化物,是由[BiO]22+层和CO32-层交替组成的层状结构。同时作为一种新型的半导体催化材料,由于其独特的电子结构、良好吸附性能和光催化氧化还原方面的性能,所以在降解污染物等方面有很大的发展前景,具有重要的研究价值。本文通过溶剂热法合成(BiO)2CO3光催化剂,对合成的(BiO)2CO3进行改性,继而达到提高(BiO)2CO3光催化活性的目的。本文主要分为四部分内容:(1)选取Bi(NO33·5H2O和Na2CO3作为原料制备出光催化剂(BiO)2CO3,通过改变溶剂、反应时间和反应温度的方式,制备出不同条件下的光催化剂(BiO)2CO3。并且通过XRD、SEM、DRS等一系列手段对所制备的(BiO)2CO3进行表征。研究结果表明:随着反应时间、反应温度的增加,(BiO)2CO3的形状越来越规则,片状结构越来越明显,厚度在3-5μm左右;经过光性能测试证明其具有良好的光催化性能,最佳制备条件是乙二醇为溶剂,反应温度60℃,反应时间2h,光催化降解有机染料在180min的降解率可达95.34%。(2)利用沉淀法将AgBr沉淀在(BiO)2CO3的表面,并利用光辐射使部分AgBr光解为Ag,在(BiO)2CO3的表面生成一层Ag-AgBr纳米颗粒,从而制备出具有可见光响应的复合型光催化剂Ag-AgBr/(BiO)2CO3。并且通过XRD、SEM、DRS等一系列手段对所制备的复合型催化剂进行表征。并探究光沉积时间对复合型催化剂Ag-AgBr/(BiO)2CO3性能的影响。研究结果表明:负载Ag-AgBr纳米颗粒可以有效改善(BiO)2CO3的光催化活性,提高其光催化效率。光沉积一小时时制备的复合型光催化剂Ag-AgBr/(BiO)2CO3。光催化效果最佳,光催化30min对有机染料的降解率可达94%。(3)利用溶剂热法制备出超薄纳米片(BiO)2CO3光催化剂。探究CTAB用量对该光催化剂的形貌和光催化活性的影响,并且通过XRD、SEM、DRS等一系列手段对所制备的复合型催化剂进行表征。研究结果表明,加入CTAB后,可制备出超薄纳米片(BiO)2CO3光催化剂,增大原催化剂的比表面积,从而提高其光催化活性。CTAB与(BiO)2CO3的质量比为1:2时,所制备的催化剂光催化活性达到最佳。在光照90min后,其降解率高达98.4%。(4)利用溶剂热法制备出复合催化剂BN/(BiO)2CO3。探究BN的用量对该复合型催化剂BN/(BiO)2CO3光催化性能的影响,并且通过XRD、SEM、DRS等一系列手段对所制备的复合型催化剂进行表征。研究结果表明,复合型催化剂BN/(BiO)2CO3有良好的吸附性能和一定的可见光催化活性,当达到吸附平衡后,经过90min的模拟可见光照射,对罗丹明B的降解率达到96%以上,高光催化活性主要归因于吸附—光催化―共协同‖作用。
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