钒酸铋基光催化材料的制备及其在可见光下降解甲醛实验研究

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甲醛是存在于室内环境中与人们密切接触的典型污染物之一,对人体具有广泛存在的危害。半导体光催化材料二氧化钛(Ti O2)广泛应用于降解甲醛气体,但由于其本身的禁带宽度较大,只有在紫外光的激发下才能发挥作用,从而存在一些应用条件的限制。目前,学者们开始集中研究具备可见光响应的各类光催化材料降解污染物,甲醛气体的光催化技术处理也不例外。钒酸铋作为继Ti O2之后的又一类半导体材料,具有无毒、可见光响应、制备简单等优势,是一种优良的光催化材料。但目前钒酸铋材料依然存在光催化效率不够高的问题。本研究首先开展钒酸铋改性研究,以提升其光催化活性。论文采用还原氧化石墨烯(r GO)对钒酸铋进行改性,制备还原氧化石墨烯/钒酸铋(r GO/Bi VO4)复合材料。通过正交实验,得到水热法制备该复合材料的各制备因素最佳组合条件,即:还原氧化石墨烯(r GO)比例为1 wt%,乙二胺四乙酸(EDTA)添加量为3 mmol,p H调节为6,水热温度170℃。论文进一步通过X射线晶体衍射、电子显微镜扫描、紫外-可见光漫反射光谱分析等表征技术,对Bi VO4、r GO/Bi VO4进行物相结构、形貌、表面价键及光吸收性能等进行考查。表征结果表明:本论文制备的材料具备较好的结晶度,为活性最佳的单斜白钨矿相。Bi VO4具有中孔形貌的特殊结构,还原氧化石墨烯与钒酸铋紧密结合。研制的材料对可见光具有良好响应,尤其是增强了在500 nm-760 nm可见光谱范围内的吸收性能。其后,论文利用自制反应器模拟室内环境降解空气中的甲醛,采用本论文研制的Bi VO4、r GO/Bi VO4进行降解室内空气甲醛的效果实验研究,以考查材料光催化降解室内空气中甲醛的性能。实验结果显示:还原氧化石墨烯的引入增强了可见光下的光催化活性。复合材料r GO/Bi VO4在可见光下具备较高的降解室内空气中甲醛效率,180 min对甲醛的降解率为72.23%。说明有良好的可见光响应和降解效率,可以用来降解甲醛。最后,论文首次采用水热原位生长法将Bi VO4、r GO/Bi VO4负载于玻璃纤维上,研制立体材料Bi VO4@GFs、r GO/Bi VO4@GFs。并利用表征手段确认了材料的物相、形貌、表面价键,结果显示:中孔形钒酸铋负载于玻璃纤维丝上,具备较好的分散性。前驱液中GO材料被成功还原为r GO,存在于玻璃纤维丝之间或是钒酸铋材料上,但对Bi VO4光催化材料在玻璃纤维上的分散生长有影响。论文还考查了所制备材料的三大性能:降解率、循环使用稳定性能和负载牢固性能。材料具有较好的降解率和稳定性,一定的牢固性。为Bi VO4@GFs、r GO/Bi VO4@GFs在降解室内空气甲醛工程应用奠定了一定的理论基础。
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