Bi2S3/BiOBr复合磁性可见光催化剂的合成及性能研究

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溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型的半导体光催化材料,由于其独特的层状结构、可见光响应特性,使其在光催化处理有机废水方面具有很大的研究前景。但是单一BiOBr对太阳光的利用效率低且光生电子与空穴对难以有效的分离,因此需要在单一BiOBr的基础上对其进行改性优化。本文通过对单一BiOBr形貌调控、窄带隙半导体复合和磁性材料的负载来提高BiOBr的光催化活性。本文采用水热法通过添加表面活性剂(PEG)使原本无序排列的BiOBr纳米片发生了自组装。XRD测试表明,PEG修饰后自组装的BiOBr(Z-BiOBr)和无序排列的BiOBr(W-BiOBr)与四方晶型BiOBr的标准卡片峰位置相同;UV-vis DRS分析表明,Z-BiOBr的光响应范围略宽于W-BiOBr;对比Z-BiOBr和W-BiOBr催化剂光催化降解模拟染料废水RhB,发现Z-BiOBr的光催化活性要略高于W-BiOBr,在光照20 min后RhB的降解率可达到90.1%。本文以乙二醇与水为溶剂,采用混合溶剂热法制备出Bi2S3/BiOBr光催化剂。XRD测试表明,制备出正交晶型的Bi2S3和四方晶型BiOBr,复合Bi2S3之后并未改变BiOBr的晶型及峰的位置,且出现Bi2S3的(021)和(230)晶面对应的衍射峰。SEM表征观察催化剂的形貌为纳米片堆叠的微米球。UV-vis DRS分析表明,复合Bi2S3后催化剂的的禁带宽度明显变窄。BET测定单一BiOBr和复合10%Bi2S3/BiOBr光催化剂的比表面积为43.34 m2/g、45.45 m2/g。以模拟染料RhB作为降解污染物,当复合10%的硫化铋时,催化剂的性能最优,在光照8 min后,RhB的降解率高达93%。活性基团的捕获实验发现,光催化降解RhB中.O2-是最主要的活性基团。通过PL光谱分析,复合Bi2S3后有效的抑制了光生载流子的复合。LSV和EIS测试表明,复合10%Bi2S3/BiOBr表现出更好的电化学性能。磁性材料负载制备出Bi2S3/BiOBr/SrFe12O19复合光催化剂。XRD及FT-IR测试表明,制备的催化剂为Bi2S3/BiOBr/SrFe12O19。VSM测试SrFe12O19和Bi2S3/BiOBr/SrFe12O19的磁性能,表明了Bi2S3/BiOBr/SrFe12O19复合光催化剂具有较好的硬磁性,且有较高的抗退磁性能。以RhB作为模拟染料废水,当负载SrFe12O19质量在5%时,磁性材料对RhB催化效果最优,在光照20 min后,催化率为91.6%。以垃圾渗滤液作为实际废水,通过废水的紫外光谱及光催化降解前后污水颜色的变化,表明本法制备的光催化剂对垃圾渗滤液具有一定的作用效果,但是未能降低废水的COD,尚需进一步研究。
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