铋基光催化材料的制备及性能研究

发布时间：2020-06-23 07:38

【摘要】：随着环境问题的日益严峻,环境治理成为现在的工作重点,在环境治理中人们渐渐的发现,环境功能材料在治理环境中效果极佳,清洁环保且没有二次污染,使其成为学术界的研究重点。铋系光催化剂因为其独特的结构和多种形貌,具有非常好的催化、稳定性能,对染料罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝和抗生素环丙沙星等具有良好的降解能力,故在环境的治理中逐渐成为人们研究的热点;Bi2O2CO3和Bi2O3能够较好的利用紫外光和可见光被人们深度的剖析,其单一组分的材料往往在环境的治理中效果不佳,而复合材料能够充分的运用它们的优点,提高量子效率,因此单一组分的Bi2O2CO3和Bi2O3需要进行修饰来提高它们的光催化性能。Bi2O2CO3是一种性能优良的半导体光催化剂,但由于仅能吸收紫外光及量子效率较低而影响了其在环境治理中的应用。Bi2O3是一种新型可见光光催化剂,但其光催化性能及光稳定性仍需提高。为此,本论文采用原位转化法分别合成出了花球状Bi2O2CO3/BiPO4、蜂巢状 β-Bi2O3/Bi2O2CO3 和 β-Bi2O3/α-Bi203 二元复合物光催化材料。通过XRD、XPS、FE-SEM、DRS等一系列的表征手段对材料的结构、化学组成、形貌、光化学性质进行表征分析,并研究复合材料的光催化性能,以及探讨了催化剂的光催化机理。论文研究的主要内容如下:(1)采用水热合成法制备出花球Bi2O2CO3,再以此为模板,利用原位转化制备出花球状Bi202CO3/BiPO4异质结复合光催化材料。通过XRD、XPS、HRTEM、DRS、PL等表征手段对样品进行了表征,探究了材料的催化机理,并以罗丹明B为降解物,研究材料的光催化活性,考察了磷酸二氢钠的用量对Bi2O2CO3/BiPO4光催化性能的影响。结果表明,Bi2O2CO3/BiPO4异质结光催化材料仍然保持了 Bi2O2CO3模板的花球状结构,光催化活性明显优于纯的Bi2O2CO3和BiPO4,在紫外光照射下30min后,对罗丹明B的降解率达到98.3%,与Bi2O2CO3相比,催化剂的性能提高了 2.89倍。说明将Bi2O2CO3和BiPO4复合形成了异质结,有效的降低了光生电子与空穴的复合,进而提高样品的催化性能。(2)采用水热合成法制备出蜂巢Bi2O2CO3,利用其为模板,通过高温煅烧原位分解制备出蜂巢状β-Bi2O3/Bi2O2CO3异质结复合光催化材料,通过XRD、DRS、PL、XPS等表征手段对材料进行了表征。并以罗丹明B为降解物,考察了煅烧温度对蜂巢状β-Bi2O3/Bi2O2CO3光催化性能的影响,得到煅烧温度为400℃时的复合材料在开灯150min后对罗丹明B的降解率达到了 88%比纯的Bi2O2CO3提高了将近两倍多,同时研究了蜂巢状β-Bi2O3/Bi2O2CO3异质结光催化材料对罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝和环丙沙星等不同有机污染物的降解效果,得到降解率分别为92.6%、79.5%、55.7%和86.1%;以及催化剂的用量为50mg(1g/L)时对罗丹明B的降解效率最好。(3)首先采用水热合成法制备出蜂巢Bi2O2CO3,利用其为模板,通过高温煅烧原位转化制备出蜂巢状β-Bi2O3/α-Bi2O3复合光催化材料,通过XRD、DRS、PL、XPS等表征手段对光催化材料进行了表征,研究了催化剂对染料罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝和抗生素环丙沙星等不同有机污染物的降解效果,对它们的降解率为96.4%、81%、57.1%和88%;并得到煅烧温度为550℃时制备的异质结材料性能最优,可见光条件下照射120min,对RhB降解率达到95%,及催化剂的用量为40mg(0.9g/L)时对RhB的降解效率最优。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O643.36
【图文】：

秘基光催化材料的制备及性能研宄可见光很好的将ＮＯ完全降解［１５］；光催化材料降解废水中的有机物，ｒａｎｋ［１１＿用光催化材料丁；０２来降解废水中的污染物ＣＫ１邋［１１］降解效果化材料能够很好的处理环境中的很多问题。逡逑光催化剂在环境的治理中利用清洁、无污染的太阳能，能够将污染０分子，且不会产生二次污染，在处理环境中有机废水中，经过几十的比较深入，本文主要以处理环境中有机颜料废水为研宄背景。逡逑导体光催化的基本原理逡逑

ｒ邋＇邋ｉ＿±ｉ．邋？邋＇邋！邋＾逦０４逡逑图１－２为Ｂｉ２０２Ｃ０３结构图｜５Ｓ】逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｂｉ２０２Ｃ0３．逡逑Ｂｉ２０２Ｃ０３，表现出较好的性能；同时ＳｕｑｉｎＬｋｉ等人［６１＠也利用柠檬酸植离子来修饰并逡逑一步合成出花球状的Ｂｉ２０２Ｃ０３，在光照１２０ｍｉｎ后对Ｍ０的降解率最好能够达到９０．８％。逡逑而ＹａｎＺｈｅｎｇ等人［６３］用柠檬酸在温度、时间、ｐＨ不同的条件下分别合成了花状、海绵逡逑状、片状三种不同形貌的Ｂｉ２０２Ｃ０３，如下图１－３［６３］。逡逑＾＿．＿署＿逡逑Ｉ，悘署＿逦＾逡逑图１－３邋８丨２０２0３３的ＳＥＭ图：（ａ）花状（ｂ）海绵状（ｃ）片状ｔ６３）逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ＳＥＭ邋ｏｆ邋Ｂｉ２0２Ｃ0３：（ａ）邋ｆｌｏｗｅｒｓ邋（ｂ）邋ｓｐｏｎｇｙ邋（ｃ）邋ｓｈｅｅｔｓ．逡逑同样也有一些人通过复合、构建异质结来提高Ｂｉ２０２Ｃ０３的性能，如ＳｕｑｉｎＬｉｕ等人逡逑［Ｗ１通过Ｆｅ掺杂制备出花球状Ｆｅ／Ｂｉ２０２ＣＯ３能有效的降解甲基橙，在模拟太阳光照射逡逑１２０ｍｉｎ后降解率达到８２．２％比纯样品性能提高近Ｌ３倍［６２］；邋Ｃａｏ邋Ｊ等人［６４１制备出逡逑Ｂｉ２Ｏ２Ｃ０３／Ｂｉ０Ｘ邋（Ｘ＝ＣＵ邋Ｂｒ，邋Ｉ）邋ｐ－ｎ型光催化材料，其在可见光下降解甲基橙比纯的逡逑Ｂｉ２Ｏ２Ｃ０３和ＢｉＯＸ有很大的提升。研宄表明通过调控材料形貌和掺杂、复合、贵金属沉逡逑５逡逑

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本文编号：2727013