碘氧化铋基光催化剂的制备及其光催化性能

发布时间：2020-10-27 01:22

　　 染料废水色度深、毒性大、难降解,对环境污染的危害非常大,用现有环境技术很难将其从水中除去,因此染料废水的治理已受到全球范围的高度重视。光催化技术能够实现有机物的降解与矿化,具有反应速度快,工艺成本低,运行条件温和且不产生二次污染的优点,是一种适用于染料废水处理的新工艺。碘氧化铋是卤氧化铋中禁带宽度最小的催化剂,对光的吸收范围最广,具有较好的可见光光催化性能,但是碘氧化铋光催化剂仍然存在可见光利用率低、有机物矿化率低和光催化剂稳定性差的缺点,制约了其在实际环境污染治理中的应用。基于碘氧化铋光催化剂存在的诸多缺点,本文主要进行了以下研究工作:1、以水杨酸作为结构调控剂,通过低温液相沉淀法制备BiOI光催化剂,采用XRD、FESEM、EDX、BET等对其形貌和结构进行表征,考察了合成条件和光催化条件对BiOI光催化剂光催化降解染料性能的影响,结果表明BiOI光催化剂具有多孔的片状或层状结构,片层之间形成堆砌。BiOI光催化剂结晶度较高,能隙为1.83 eV,对应的吸收边为678 nm。当Bi~(3+)与水杨酸摩尔比为1:1、Bi~(3+)/I~-摩尔比为1:1、反应温度为25℃、反应pH为4、反应时间为3 h时,所制备的BiOI光催化剂的光催化降解甲基橙染料性能达到最大值。LED灯光照60 min时,BiOI光催化剂(0.1 g)对甲基橙染料(100 mL 10 mg/L)的光催化降解率达到95.8%,5次循环利用后BiOI光催化剂的光催化降解染料性能为80.2%,BiOI光催化剂光催化降解甲基橙染料符合准一级动力学,空穴(h~+)和超氧离子自由基(×O_2~-)为其光催化降解染料过程中的主要活性物质。2、采用低温原位液相沉淀法制备BiOI/GO光催化剂,采用XRD、FESEM、XPS、EDX、BET等对其形貌和结构进行表征,考察了合成条件和光催化条件对BiOI/GO光催化剂光催化降解染料性能的影响,结果表明BiOI/GO光催化剂BiOI为片状或层状,片层之间形成堆砌,氧化石墨烯薄膜与BiOI接触紧密。BiOI/GO光催化剂结晶度较高,能隙为1.81 eV,吸收边为685 nm。XPS谱图表明BiOI/GO光催化剂具有BiOI的Bi-O键和I-O键以及氧化石墨烯的C-C、C=C、C-H键、C-O键和O-C=O键。当GO含量为2%、Bi~(3+)/I~-摩尔比为1:1、反应温度为25℃、反应pH为3、反应时间为2 h时,所制备的BiOI/GO光催化剂的光催化降解甲基橙染料性能分别达到最大值。LED灯光照60 min时,BiOI/GO光催化剂(0.05g)对甲基橙染料(100 mL 10 mg/L)的光催化降解率达到90.1%,5次循环利用后BiOI/GO催化剂的光催化降解染料性能为78.2%,BiOI/GO光催化剂光催化降解甲基橙染料符合准一级动力学。氧化石墨烯的加入可以降低BiOI/GO光催化剂的发光强度,空穴(h~+)和超氧离子自由基(·O_2~-)为其光催化降解染料过程中的主要活性物质。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X788;O643.36;O644.1
【部分图文】：

图 1-1 光催化剂光催化机理示意图.1-1 Schematic illustration of photocatalytic mechanism for photocata化剂光催化性能的影响因素剂光催化性能的影响因素有很多，了解这些因素对我们研现实指导意义。一般来说，影响光催化剂光催化性能的因伟民 等，2011），这里主要介绍内部因素：吸收能力和光生电子-空穴的反应能力：大部分的光催化是紫外光只占太阳光的 3%，所以对于太阳光的利用率低分达到 42%。科研工作者发现光催化剂对可见光的响应化剂对可见光的利用率有很大的提升，从而提高了光催化体的禁带宽度决定其光学吸收性能，禁带宽度越窄，吸利用率越高。但是大多数禁带宽度窄的半导体又存在光生和电势较低等问题，从而导致光催化活性较差。生电子-空穴的分离效率：在库伦力的作用下，带负电荷

图 1-2 BiOI 的晶体结构示意图Fig.1-2 Schematic diagram of the crystal structure of BiOI BiOI 的制备方法备 BiOI 的方法有很多，主要共沉淀法、软模板法、水热法、溶胶-常用方法（王燕琴 等，2014）。1）共沉淀法淀法：包括水解沉淀、共沉淀、均匀沉淀，是制备 BiOI 光催化剂一，产物是以微米或者纳米尺度的片状结构或者自主装的花球（Xia。该方法简单、低价、适合大规模生产，低温也能进行反应，但是、颗粒大小不均等。2）软模板法模板法：利用高分子或者表面活性剂的两性性质，在溶液中形成具形貌的微反应器，协助完成其成核、生长、自组装的过程，而后得。该方法可以有效的避免团聚、尺寸不均等问题，在一定程度上可

图 2-13 BiOI 光催化剂场发射扫描电镜图（FESEM）3 Field emission scanning electron microscope images of BiOI photoI 光催化剂的 EDX 选区见图 2-14，能谱谱图见图 2-15， 2-3，可以看出，采用低温液相化学沉淀法制备的 BiOI 光和氧原子，其中铋原子含量为 25.35%，重量占比为 56.46%，重量占比为 36.46%，氧原子含量为 22.76%，重量占原子和碘原子的原子比为 1:0.898:1.063，与 BiOI 铋原子子比为 1:1:1 比较接近，初步表明我们制备的光催化剂具
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本文编号：2857807