稀土掺杂铋基复合物的制备及光催化性分析

发布时间：2017-10-20 12:06

  本文关键词：稀土掺杂铋基复合物的制备及光催化性分析

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【摘要】：近年来,由于染料纺织工业的高速发展,染料的数量和品种不断增加,各种新型染料相继出现,印染废水已成为水污染的重要源头之一。印染废水水质复杂、颜色较深、排放量大、危害性强且难于降解,因此对于印染废水污染的治理刻不容缓。传统的印染废水处理方法存在处理效率低、脱色困难等缺点,因此,选用高效节能的污水处理方法来处理印染废水是目前的研究方向。光催化技术是一种比较先进的高级氧化技术,它以光作为能量来源,利用光催化剂的催化性能,使印染废水中的有机污染物氧化分解或使重金属阳离子还原,从而达到净化废水的作用。目前,对Ti O2的研究最多,但是因为Ti O2禁带宽度较大,其对光能的利用率很低,限制了它的应用。人们的研究方向转向开发新型窄带隙光催化剂和利用掺杂等方法拓宽催化剂对光的吸收范围。基于以上内容,本文以铋系材料为基础,利用配位前驱体法成功地制备出了分别掺杂稀土离子Ce~(3+)、Y~(3+)、Ho~(3+)、Eu~(3+)、Nd~(3+)和Gd~(3+)的Bi_2O_3催化剂样品。通过各催化剂前驱体的热重测试和红外测试分析可知,前驱体的分解温度大致相同,在500℃能完全分解,得到复合氧化物光催化剂;通过各催化剂样品的XRD分析可知,稀土离子的掺杂比例对样品的晶体结构有很大影响,可以使催化剂的晶体结构由单斜相向四方相或者稀土铋基复合物晶相转变;通过各催化剂样品的紫外-可见漫反射光谱测试可知,掺杂稀土离子后可有效减小Bi2O 3催化剂的禁带宽度,使催化剂的光响应范围变广;通过各催化剂的荧光光谱测试可知,掺杂稀土离子可降低光生电子和空穴的复合几率,提高光量子效率。光催化降解甲基橙实验表明,掺杂稀土的Bi_2O_3催化剂光催化效果明显优于纯Bi_2O_3,当掺入钆比例为5%时取得最佳催化效果,光照4小时对甲基橙的降解率为99.0%。以催化性能最佳的Gd5%为催化剂分别降解甲基橙和亚甲基蓝,其降解率分别为99.0%和76.0%,说明催化剂存在选择性,其根本原因在于污染物本身的结构不同。溶液p H值、催化剂用量以及空气流量对污染物的降解过程有较大的影响,当p H值为4、催化剂用量为0.8 g/L、空气流量为1.0 L/min时,光照2 h后Gd5%对甲基橙的降解率达99.14%。催化剂稳定性测试表明,稀土掺杂氧化铋光催化剂具有较高的稳定性和可回收性,具有实际应用价值。
【关键词】：Bi_2O_3 光催化剂 稀土掺杂 甲基橙 亚甲基蓝
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 印染废水的处理方法11-13
• 1.1.1 物理法11
• 1.1.2 生物法11-12
• 1.1.3 化学法12-13
• 1.2 光催化技术13-17
• 1.2.1 光催化反应机理14-15
• 1.2.2 光催化技术研究现状15
• 1.2.3 光催化活性的影响因素15-17
• 1.3 半导体光催化剂的掺杂改性技术17-22
• 1.4 新型光催化剂22-26
• 1.4.1 钛酸铋23
• 1.4.2 钨酸铋23-24
• 1.4.3 钒酸铋24
• 1.4.4 卤氧化铋24-25
• 1.4.5 氧化铋25-26
• 1.5 研究意义和研究内容26-29
• 1.5.1 研究意义26-27
• 1.5.2 研究内容27-29
• 2 实验材料与方法29-34
• 2.1 实验药品及主要仪器29-30
• 2.1.1 实验试剂29
• 2.1.2 实验仪器29-30
• 2.2 材料制备方法30-31
• 2.3 表征手段31-32
• 2.3.1 热稳定性31
• 2.3.2 红外吸收光谱31
• 2.3.3 X射线衍射31
• 2.3.4 扫描电子显微镜31-32
• 2.3.5 比表面积32
• 2.3.6 紫外-可见漫反射光谱32
• 2.3.7 荧光光谱32
• 2.4 光催化活性评价32-34
• 3 稀土离子掺杂氧化铋的制备及结构性能研究34-81
• 3.1 稀土掺杂氧化铋的制备34
• 3.2 掺杂比例对氧化铋的影响34-76
• 3.2.1 铈掺杂对氧化铋的影响34-41
• 3.2.2 钇掺杂对氧化铋的影响41-48
• 3.2.3 钬掺杂对氧化铋的影响48-55
• 3.2.4 铕掺杂对氧化铋的影响55-61
• 3.2.5 钕掺杂对氧化铋的影响61-68
• 3.2.6 钆掺杂对氧化铋的影响68-76
• 3.3 不同离子掺杂对氧化铋的影响比较76-81
• 4 反应条件对钆掺杂氧化铋光催化活性的影响81-87
• 4.1 催化剂的选择性81-82
• 4.2 pH对甲基橙溶液光催化的影响82-83
• 4.3 催化剂用量对光催化效果的影响83-84
• 4.4 空气流量对光催化效果的影响84-85
• 4.5 催化剂稳定性研究85-86
• 4.6 小结86-87
• 结论87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-98
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果98

【参考文献】

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本文编号：1067044