论文部分内容阅读
近几年，随着工业的快速发展，环境问题已成为人们最关注的问题之一。尤其是染料工业和印染工业的迅速发展，使排入水体中的染料品种和数量也日益增多。由于工业用染料基本上都是有机染料，这类染料毒性大、色度深、难降解，其排入水体后会对人类健康造成严重的威胁，因此人们开始研究处理染料废水的工艺方法。传统的处理方法如吸附法、生物氧化法等处理效果差，不能达到完全处理的目的。自TiO2被用作电极光催化分解水的实验成功以后，近几年，大量的研究都集中在光催化氧化技术处理染料废水方面。在目前研究的光催化剂中，Bi2WO6由于其合适的价带和良好的性能已被认为是能有效光催化降解有机染料的可见光型催化剂。该论文以硝酸铋（Bi（NO3）3·5H2O）和钨酸钠（Na2WO4·2H2O）为原料，在柠檬酸和NaHCO3的辅助作用下用传统水热法成功地制备了具有光催化性能的中空结构的Bi2WO6纳米微球。并以该纳米微球为光催化剂，在可见光（500W氙灯）的照射下，光催化降解不同浓度的罗丹明B（RhB）和不同pH值的甲基橙（MO）溶液。并研究这两种染料的降解过程和降解中间产物，最终分析其降解机理。粉体表征和测试过程中，我们用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis）观察所制备的Bi2WO6纳米粉体的结构特征及其形貌，同时对其光学性能也进行了分析。除此之外，还通过UV-Vis、高效液相色谱（HPLC）、色质联用（LC-MS）对两种有机染料的降解过程和降解中间产物进行了相关分析，根据这些分析结果提出了罗丹明B（RhB）和甲基橙（MO）溶液的光催化降解机理。实验和分析结果表明：（1）用水热法制备的Bi2WO6纳米微球是正交晶系的，且其结晶性比较好，纯度高，形貌比较均一。扫描电镜图和透射电镜图显示所制备的微球是由大量长度大约为150200nm的纳米片堆积而成的中空结构。其选区电子衍射（SAED）图片显示该微球是单晶的。（2）用上步制备的Bi2WO6纳米粉体为光催化剂降解不同浓度（5mg/L,10mg/L,20mg/L）的RhB溶液。结果表明：光照可以使RhB溶液发生不同程度的光降解，溶液浓度越大，降解时间越长。综合三种图谱分析其光降解过程显示：RhB溶液的光催化降解过程是脱乙基过程和羟基化过程共同作用的结果，溶液浓度的大小直接影响这两种作用的主次地位。RhB溶液的光降解是一个很复杂的过程，首先是苯环外各基团的脱离，接着苯环逐渐裂解，最终使其分解为大量小分子物质。（3）同样用Bi2WO6光催化降解不同pH值（pH=5,3,1）条件下的甲基橙（MO）溶液。分析结果表明：甲基橙（MO）溶液的光降解速率与其pH成反比。甲基橙是典型的偶氮染料，其发色基团就是偶氮键（－N=N－）的存在。在酸性条件下，甲基橙的偶氮键被破坏，由原来的偶氮结构变成了较易降解的对醌式结构。除此之外，酸性还可以影响光催化剂的结构和羟基（·OH）自由基的活性，故可以提高甲基橙的光降解效率。综合分析结果表明：甲基橙的光降解主要是·OH进攻苯环的过程，最终使其降解为无色、无毒、无害的小分子物质。