碳酸氧铋纳米材料的固相化学合成及光催化性能

发布时间：2018-04-24 03:29

本文选题：碳酸氧铋 + 固相合成　；参考：《新疆大学》2017年硕士论文

【摘要】：光催化技术通过化学氧化的方法,可将有机污染物直接氧化降解为二氧化碳、水和无害的无机酸,具有降解速率快,降解无选择性,污染物降解完全的特点,是最有应用前景的绿色环境治理技术。目前研究较多的光催化剂主要是TiO_2等氧化物,硫化物以及银基材料也引起了研究者的重视。这些开发出的光催化剂存在太阳光利用率低或者易光腐蚀的缺点。因而,开发新的光催化剂仍然是光催化研究领域的热点。Aurivillius类化合物碳酸氧铋(Bi_2O_2CO_3)具有扭曲的层状结构,可以为光生电子和空穴提供顺畅的转移路径,表现出优异的催化活性,可作为一类具有应用潜力的光催化剂。现有制备碳酸氧铋的方法主要是水热法、微波辅助液相法、共沉淀法等液相合成方法,低热条件下的固相合成的方法尚未报道。本论文采用低热固相化学反应合成片状单体Bi_2O_2CO_3纳米材料以及Bi_2O_3/Bi_2O_2CO_3、BiOCl/Bi_2O_2CO_3和BiOBr/Bi_2O_2CO_3纳米复合材料,并以模拟染料为降解对象,研究了在紫外光和可见光照射下样品的光催化降解性能,探讨了影响光催化性能的主要因素,并通过光催化反应过程中的活性物种的探究,推测了这些材料的光催化机理。主要的研究内容包括:(1)选择不同的铋盐、碳酸盐为原料,在室温条件下采用固相化学反应合成了薄片结构的碳酸氧铋纳米材料,确定了该合成的最佳反应体系和反应条件,用罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝和酸性品红四种模拟污染物对碳酸氧铋的光催化性能进行研究。在紫外光照射30 min后,碳酸氧铋对四种染料都有降解,对罗丹明B降解最佳,可达100%。通过表面活性剂改变固相合成的微环境,使该纳米材料的纳米片的平面尺寸变大,厚度变薄,其光催化性能也有较大程度的提高,紫外光照射24 min下即可实现对罗丹明B的完全降解。(2)为了进一步提高碳酸氧铋的催化性能,先通过前述固相合成体系合成单体Bi_2O_2CO_3,再通过Bi_2O_2CO_3的煅烧处理过程成功制备出薄片结构的β-Bi_2O_3/Bi_2O_2CO_3纳米复合材料。β-Bi_2O_3的引入使Bi_2O_2CO_3的光吸收范围从紫外光区拓展到可见光区,在可见光照射180 min后对甲基橙可以达到完全降解,其光催化降解效率明显高于单体Bi_2O_2CO_3。通过活性自由基的捕捉实验测试发现超氧负离子是促进有机模拟染料降解的主要活性基团。(3)室温条件下,采用硝酸铋分别与碳酸氢钠和氯化钠或者十六烷基三甲基溴化铵进行固相化学反应合成了薄片结构的BiOCl/Bi_2O_2CO_3和BiOBr/Bi_2O_2CO_3纳米复合材料。在合成BiOBr/Bi_2O_2CO_3纳米复合材料过程中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)起反应物和软模板的双重作用。BiOCl/Bi_2O_2CO_3样品在可见光下表现出优异的催化活性,60 min可将RhB完全降解,其光催化效率是单体Bi_2O_2CO_3的188倍,这是由于光催化过程中染料敏化起主要作用所致。BiOBr/Bi_2O_2CO_3复合材料在可见光照射60 min后对RhB完全降解,其降解效率是单体Bi_2O_2CO_3的25倍。
[Abstract]:The photocatalytic degradation of Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and Bi _ 2O _ 3 / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 , Bi _ 2O _ 3 / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and Bi _ 2O _ 3 / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and Bi _ 2O _ 3 / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 , BiOCl / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and BiOBr / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 have been studied . BiOCl / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and BiOBr / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 nanocomposites were synthesized from Bi _ 2O _ 2CO _ 3 and BiOBr / Bi _ 2O _ 2CO _ 3 by solid - phase chemical reaction of bismuth nitrate with sodium bicarbonate and sodium chloride or cetyl trimethyl ammonium bromide at room temperature .

【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】