卤氧化铋BiOX（X= Cl，Br，I）的制备及对有毒有机污染物降解机理研究

发布时间：2016-11-30 18:23

  本文关键词：卤氧化铋BiOX（X= Cl，Br，I）的制备及对有毒有机污染物降解机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

《三峡大学》 2013年

卤氧化铋BiOX（X= Cl，Br，I）的制备及对有毒有机污染物降解机理研究

王伶俐  

【摘要】：以纳米TiO_2光催化剂为代表的光催化反应是去除有机污染物的有效途径，能快速去除在自然环境中难以降解的有毒有机物。但TiO_2存在太阳能利用率低和量子产率低的缺陷，从而限制了其实际应用范围，因而寻找有效的途径克服上述缺陷成为当今的研究热点。除了传统的掺杂、复合和修饰外，寻找新型的光催化剂，特别是能在太阳光下甚至是可见光下被激发的催化剂将很好的节约降解成本，具有较好的应用潜力。卤氧化铋(BiOX，X=Cl, Br, I)是一类三元氧化物半导体材料，因同时存在开放式结构和间接跃迁模式，将有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移，从而使它具有较高的光催化活性。 本文系统研究了三种卤氧化铋的制备对其物理和化学性质的影响，并通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、紫外-可见反射吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对产物进行物理表征，确定其物理微观结构；着重探讨了三种催化剂的吸附特性，明确其吸附模型和吸附动力学曲线。另外比较了三种催化剂的光催化活性，探讨了光催化反应作用机理，特别是对微囊藻毒素MC-LR的催化反应，从而为水污染处理及人类健康具有极大的意义。 1在水热体系中引入表面活性剂十六烷基硫酸吡啶作为模板制备BiOX (X=Cl, Br,I)系列催化剂，通过水热法制得片状结构的BiOX (X=Cl, Br, I)。以罗丹明B的降解反应为探针反应，探讨了其吸附性能。实验结果表明BiOX(X=Cl, Br, I)的吸附模型为Langumir吸附模型；BiOCl和BiOBr的吸附动力学模型为二级动力学模型，BiOI的吸附动力学模型为颗粒内扩散模型。以产物BiOX(X=Cl, Br, I)为催化剂，在光照下降解了染料罗丹明B(Rhodamine B, RhB)，小分子4-氯苯酚(4-Dichlorophenol，4-CP)和藻毒素MC-LR。三种催化剂在可见光下都能快速降解染料，且BiOBr的降解效率最高；对于4-CP，只有BiOBr和BiOI在可见光下快速降解，且前者的催化效率高于后者；而对于藻毒素，在紫外光下，BiOX也能快速降解MC-LR，且反应速率顺序为BiOBr BiOCl BiOI；在可见光下，仅BiOBr和BiOI对藻毒素MC-LR进行降解，且BiOBr的降解速率高于BiOI，BiOCl在可见光区无吸收，不能被可见光激发，因此不能降解MC-LR。 2通过水热法利用不同的氯源制备了不同形貌结构的BiOCl，通过比较产物对SRB的降解情况比较了不同产物的光催化活性，筛选出了制备BiOCl的最佳氯源和降解染料SRB的最佳反应条件，跟踪测定催化降解过程中的活性物种。结果表明，，十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)是制备BiOCl的最佳氯源，得到的产物催化活性最高，且在溶液pH=2、催化剂投加量为1.0g/L时显示出最好的催化效率。根据氧化过程中的氧化活性物种，从而推导出BiOCl可见光下降解染料的机理涉及到光敏化机理。 3分别以表面活性剂溴代十六烷基吡啶(CPB)和NaBr作为溴源，与Bi(NO3)3·5H2O反应制备了两种BiOBr催化剂。CPB不仅可以作为溴源，还可以作为模板在制备过程中形成具有特殊尺寸和形貌的微反应器，从而在一定程度上控制颗粒的尺寸和形貌。通过在可见光下对有机染料酸性桃红(SRB)和小分子污染物水杨酸(SA)进行降解，比较了两种催化剂的催化活性。结果显示，相对于由NaBr作溴源合成的BiOBr，由CPB合成的BiOBr具有更高的可见光光催化活性，可快速降解SRB和SA。 4在水热体系中引入了十六烷基硫酸吡啶作为模板，控制合成了BiOI纳米片。在可见光照射下(＞420nm），研究了BiOI对RhB及4-CP光催化降解特性，跟踪测定了光催化降解过程中氧化物种、红外光谱(IR)和总有机碳(TOC)的变化。结果检测到O_2.-和.OH两种活性自由基的信号强度很弱，另外通过向光反应体系中添加异丙醇(isopropanol)、苯醌(BQ)和KI溶液作为OH、O_2.-和h+的捕获剂推断BiOI光反应机理，说明BiOI光催化降解有机污染物主要不是通过O_2.-和.OH的氧化，而是直接通过空穴氧化底物。 5在紫外光照射下，用卤氧化铋BiOX (X=Cl, Br, I)在相同的条件下降解藻毒素MC-LR。通过高效液相色谱(HPLC)跟踪检测降解过程MC-LR浓度变化，液质连用技术(LC-MS)分析氧化反应的初始中间副产物，从而推导出每种催化剂降解MC-LR的初始氧化反应路线。通过H218O同位素标记实验和耗氧量实验，分析出氧化反应中氧的来源和转化形式，比较各自降解机理的差异，筛选出降解藻毒素的运行参数。液质实验数据表明BiOX在紫外光下光降解藻毒素MC-LR的机理和TiO_2的氧化机理相同，都是通过羟基进攻活性位点(Adda氨基酸部分中不饱和碳碳双键和苯环)从而降低藻毒素的毒性。同位素实验和耗氧量实验结果充分证明了BiOCl、BiOBr和BiOI有不同的降解机理，且产物中氧的来源与转化都不相同，而这种差异性归因于BiOX(X=Cl, Br, I)具有不同的价带结构。

【关键词】：
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.532;X505
【目录】：

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