贵金属改性钨酸铋光催化降解双酚A和气态甲苯的研究

发布时间：2020-06-10 10:56

【摘要】：光催化技术由于具有绿色、无毒、清洁等优点被广泛地应用于污水处理与空气净化中。TiO_2是目前研究最多的光催化剂,不过TiO_2禁带宽度较宽,无法利用可见光,限制了TiO_2的实际应用。Bi_2WO_6作为一种新型光催化剂,由于其禁带宽度窄、无毒性、成本低等优点受到了广泛的关注。不过Bi_2WO_6材料的可见光催化活性较低,需要对其进行改性以提高其光催化活性。本文以Bi_2WO_6为前驱体,利用NaBH_4原位还原法制备了含有表面氧空穴的Bi-BWO催化剂,大大提高了Bi_2WO_6可见光催化降解双酚A(BPA)的效果。并且通过贵金属的同步原位掺杂,制备了Pt/Bi-BWO和Au/Bi-BWO催化剂,进一步提高了Bi-BWO的光催化性能。并将Pt/Bi-BWO用于降解VOCs的实验,探究了Pt/Bi-BWO在空气净化领域的潜力。本文的主要研究与结果如下:(1)本论文利用水热法制备了Bi_2WO_6材料,并将Bi_2WO_6作为前驱体,通过NaBH_4原位还原法制备了含有表面氧空穴的Bi-BWO催化剂,当Bi_2WO_6和NaBH_4浓度比为1:0.2时,制备得到的催化剂0.2Bi-BWO具有最佳的催化效果,2 h内降解了55.4%的BPA(初始浓度0.2 mM),相对于Bi_2WO_6(29.3%)的降解率大幅提高了26.1%。氧空穴的产生提升了价带的位置,减小了Bi_2WO_6的禁带宽度,提高了对可见光的利用率。自由基猝灭实验表明,·O_2~-和h~+是主要的活性基团,·OH是次要的活性基团。氧空穴的存在也会激发O_2生成活性氧基团。(2)通过NaBH_4同步还原法制备贵金属粒子掺杂的Pt/Bi-BWO和Au/Bi-BWO催化剂。贵金属的同步掺杂进一步提高了Bi-BWO的光催化效果。当Pt的掺杂浓度为0.1%时,Pt/Bi-BWO具有最好的降解效果,2 h内降解了84.4%的BPA。当Au的掺杂浓度为0.15%时,Au/Bi-BWO具有最好的降解效果,2 h内降解了68.9%的BPA。BPA溶液的初始pH值会影响光催化降解的效果,碱性环境有助于催化剂对于BPA的降解。Pt/Bi-BWO光催化活性提高的原因可推断为:通过NaBH_4的还原作用,在Bi_2WO_6表面形成了氧空穴,而Pt纳米粒子的同步掺杂,进一步提高了氧空穴的数量。氧空穴分布在价带上,提升了价带位,减小了禁带宽度,从而提高了催化剂对可见光的利用率。而掺杂的Pt金属粒子和自还原沉积的Bi纳米粒子作为电子捕获剂,促进了光生空穴与电子的分离,进一步提高了光催化降解BPA的效率。(3)将Pt/Bi-BWO应用于降解VOCs的实验,探究其在空气净化领域的潜力。Pt/Bi-BWO在可见光照射下对气态甲苯具有较高的降解率。0.15%Pt/Bi-BWO光催化降解甲苯的反应速率是Bi_2WO_6的2.88倍,在1.5 h内0.15%Pt/Bi-BWO去除了90%以上的气态甲苯(初始浓度为250ppm),其中80%以上的气态甲苯被矿化为CO_2。循环实验证明Pt/Bi-BWO具有较好的稳定性。通过DFT计算模拟了氧空穴和Pt在Bi_2WO_6(1 3 1)上的位点分布,计算出的Bi_2WO_6(1 3 1)、Bi_2WO_6(1 3 1)+Ov7、Bi_2WO_6(13 1)+Ov7+Pt模型的功函数分别为5.416 eV,5.369 eV,5.181 eV。并且DFT计算也证明Pt/Bi-BWO的结构也有利于O_2在其表面的吸附。
【图文】：

图 1-1 光催化原理图光催化材料2催化剂目前研究最多的光催化剂。在自然界中，TiO2具有三种晶型态矿[7]。这三种晶型都由 TiO6八面体组成。这三种晶型的主要不同。在这三种晶型中，TiO6八面体都具有轻微的变形，并接，这种连接模式决定了 TiO2的晶体结构、表面特性和电子，锐钛矿型的 TiO2具有较大的潜力，光催化活性高于金红石2光催化剂已经被广泛地用于环境污染物的降解和空气净化[8]。化剂，，在紫外光照射下降解双酚 A(BPA)，在 80 min 时，97%on合成了独立的双端开放式 TiO2纳米管(DNT)薄膜，并比较了T)薄膜在对挥发性有机化合物(VOCs)重复降解循环中的光催

催化性能、清洁无毒性、高稳定性等优点受到了广构特点Aurivillius 家族中最简单的化合物（n=1 时），是典具有较小的禁带宽度，约为 2.7 eV。Aurivillius 族A=Ca，Sr，Ba，Pb，Bi，Na，K；B=Ti，Nb，Ta，M层状结构，性质各异[15]。图 1-2 为具有正交结构的替的(Bi2O2)n2n+层和类钙钛矿(WO4)n2n-层构建[16]。学性质（如导电性，催化性能和非线性介电敏感性）究发现在上述 Bi3+基氧化物中，Bi2WO6在可见光照]。Bi2WO6的光催化活性取决于材料的粒度、结构、O6材料的制备、改性和应用都是目前研究的重点。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X701

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王群;罗学刚;吴锫;李科;;MoS_2/Ni_3Bi_2S_2低温刺激下热催化降解亚甲基蓝的研究[J];现代化工;2016年12期

2 张磊;吴星怡;郑童尹;鞠美庭;;绿色纳米技术:利用纳米结构材料光催化降解水中的持久性有机污染物（英文）[J];纳米技术与精密工程;2013年06期

3 胡应燕;郭睿;梁文庆;窦蓓蕾;;表面活性剂光催化降解的研究进展[J];日用化学品科学;2010年01期

4 刘祥英;邬腊梅;柏连阳;盛姣;;TiO_2光催化降解农药研究新进展[J];中国农学通报;2010年12期

5 安继斌;冯辉霞;阳海;高艳蓬;李桂英;安太成;;不同活性物种对光催化降解水中邻苯二甲酸二甲酯动力学的贡献研究[J];生态环境学报;2010年06期

6 胡俊;王济奎;陈国松;徐炎华;;TiO_2光催化降解有机污染物的研究进展[J];工业安全与环保;2010年12期

7 罗进飞;于洪锋;李洪;李鑫钢;;五氯苯酚光催化降解的影响因素分析[J];化工进展;2009年05期

8 孙根行;蔡祥;俞从正;王全杰;黄维刚;;TiO_2光催化降解橡i\0栲胶的研究[J];皮革科学与工程;2006年02期

9 王洋;康春莉;全玉莲;;工业TiO_2粉末光催化降解乙酸的特性研究[J];长春工业大学学报(自然科学版);2006年04期

10 陈继章,蒋晓凤,赵一先;氯苯溶液TiO_2光催化降解的动力学研究[J];上海化工;2005年03期

相关会议论文 前10条

1 刘旭英;马慧;杨博;李慧枝;李朝阳;孙京国;冯玉玲;;纳米催化降解废旧聚酯塑料的研究[A];中国化学会全国第十二届有机合成化学学术研讨会论文摘要集[C];2015年

2 张文爽;李新勇;曲振平;;模板法制备的TiO_2微球对多环芳烃的光催化降解[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

3 陈晓珊;黄碧纯;;可见光下TiO_2-CdS/MNCNTs催化降解气相甲苯产物研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 陈丹;郎朗;季宇彬;;TiO_2光催化降解农药的研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第五卷）[C];2013年

5 赵文宽;方佑龄;;太阳能纳米TiO_2光催化降解水面石油的研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

6 施晶莹;冷文华;曹江林;张鉴清;;短路阴、阳极促进光催化降解甲基红[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年

7 纳薇;朱忠其;赵雪君;杨鑫;柳清菊;;光催化降解甲醛的实验方法[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集（C辑）[C];2005年

8 张晓明;黄碧纯;叶代启;;介质阻挡放电-光催化降解甲苯的实验研究[A];第四届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2005年

9 林会亮;周国伟;孟庆海;;介孔TiO_2的制备及其光催化降解对硝基苯酚的研究[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年

10 景盛翱;赵一先;丁雷;王佳平;魏昆;盛兆琪;;光催化降解三氯乙酸研究[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年

相关重要报纸文章 前4条

1 本报记者 顾阳;光催化降解氮氧化物技术有望“本土化”[N];经济日报;2019年

2 ;可见光光催化降解污染物获突破[N];中国高新技术产业导报;2004年

3 本报记者 董少校;让学生“像科学家一样工作”[N];中国教育报;2016年

4 ;高性能降解废水装置研制成功[N];今日信息报;2004年

相关博士学位论文 前10条

1 杨世鹏;复合纳米硫化物催化剂制备及催化降解有机物研究[D];中国矿业大学(北京);2018年

2 陈圆;生物纳米钯的制备、毒性及催化降解三氯生的研究[D];华南理工大学;2019年

3 刘畅;高能{001}晶面暴露纳米单晶二氧化钛电催化降解有机污染物[D];中国科学技术大学;2019年

4 魏春生;几种新型半导体声催化剂的制备及常见毒品的超声催化降解[D];辽宁大学;2018年

5 王朱良;磁回收型g-C_3N_4复合材料的制备与催化降解染料废水研究[D];山西师范大学;2018年

6 张英;金属卟啉类配合物的电化学及催化降解滴滴涕的研究[D];江苏大学;2017年

7 杨一思;噻苯隆与二氯喹啉酸的光催化降解及其降解机制与产物毒性研究[D];湖南农业大学;2017年

8 柳艳修;微波辅助合成ZnO及其光催化降解CTAB性能研究[D];东北石油大学;2015年

9 汤丹丹;含铁窄带隙新型光催化剂的制备及其光催化降解有机污染物的研究[D];武汉理工大学;2017年

10 琚丽婷;富勒烯/阴离子粘土复合材料的构建及其催化降解双酚A的反应机理研究[D];华南理工大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 张硕硕;贵金属改性钨酸铋光催化降解双酚A和气态甲苯的研究[D];华中科技大学;2019年

2 程宇;Nano-PAA-CuCl_2复合薄膜的制备及其催化降解有机染料污染物的研究[D];西北大学;2019年

3 陈美玲;基于g-C_3N_4/ZnO纳米复合材料的制备及光催化性能研究[D];安徽理工大学;2019年

4 承孝梅;碳化钛基复合材料的合成、表征及其在罗丹明B降解中的应用[D];安徽师范大学;2019年

5 王琪;改性石墨相氮化碳光催化降解甲苯的研究[D];福建工程学院;2019年

6 李思怡;几种Z型催化体系的构建及声催化降解有机污染物的研究[D];辽宁大学;2019年

7 李晓琴;ZnO多级结构的合成及其光催化降解苯酚性能研究[D];山西大学;2019年

8 徐文;掺杂ZnO多级结构的合成及其光催化降解苯酚[D];山西大学;2019年

9 王瑶;改性LaFeO_3的制备及催化降解印染废水研究[D];东北石油大学;2019年

10 吴晓璐;氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究[D];重庆工商大学;2019年

本文编号：2706193