氯氧化铋基和钨酸铋基复合光催化剂的制备及其光催化降解有机污染研究

发布时间：2020-07-03 02:25

【摘要】：光催化技术在环境治理和新能源制备的研究中应用广泛,是一种绿色清洁的解决环境污染和能源短缺的有效方法。近年来,铋系半导体光催化剂作为一类新型高效的光催化剂在有机污染物降解,重金属离子消除,太阳能光解水制氢和二氧化碳还原等研究领域受到广泛研究与应用。但是,目前报道的大多数铋系光催化剂在单独使用时依然存在太阳能利用效率低,光生电子-空穴对复合快等问题,因此限制了其大规模实际应用。所以,研究者们提出了多种方法来提高光催化剂的可见光吸收性能和光生电子-空穴对的分离和迁移效率:通过形貌调控可以得到具有较高比表面积和特定活性晶面的片状、花瓣状、球状、颗粒状的铋系光催化剂。进一步地载体与活性组分间的异质结构建可以有效提高光催化剂的光吸收性能和促进光生电子-空穴对的分离效率。此外通过元素掺杂不仅可以有效调控光催化剂的带隙,还能促进光生电子-空穴对的高效分离。本论文的主要内容是探索合成了具有高比表面积的片状和球状氯氧化铋(BiOCl)以及片状和花瓣状钨酸铋(Bi2W06)。并以BiOCl为载体,硫化锅量子点(CdSQDs)为负载剂,采用区域选择沉积法制备了 CdSQDs/BiOCl和Z型CdS/CQDs/BiOCl异质结复合光催化剂。另外,以花瓣状Bi2W06为载体和牺牲剂,KBH4为还原剂,CdSQDs为负载剂,采用原位还原-沉积法构建了 CdS QDs/Bi/Bi2W06复合光催化剂。实验结果表明,形貌调控和异质结构建有效提高了 BiOCl和Bi2WO6的比表面积,增强了可见光吸收性能和光生电子-空穴对的分离效率,进而显著提高了其光催化活性。论文的研究结果如下:1、以五水合硝酸铋(Bi(N03)3·5H2O)和氯化钠(NaCl)为原料,采用溶剂热法制备了片状、微球状的BiOCl。当溶剂为乙二醇时,所得到的产物为粒径为2-3 μm球形BiOCl。当溶剂为乙二醇水溶液时(V=1:1),所得产物为边长200-300nm,厚度为40nm的BiOCl纳米片。光催化实验表明,可见光照射60min,微球状BiOCl和片状BiOCl降解20 ppm罗丹明B的效率分别为42%和30%。紫外光照射120 min,微球状BiOCl和片状BiOCl降解40ppm苯酚的效率分别为43%和 41%。以Bi(NO3)3·5H2O和钨酸钠(Na2WO4·2H2O)为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)为表面改性剂,采用水热法分别制备了片状、花瓣状的Bi2WO6。当不添加PVPK30时,所制备的Bi2WO6为不规则的片状结构。当PVP的添加量为1.9 mg/mL时,所制备的Bi2WO6为规则的花瓣状结构。分析测试结果表明,花瓣状和片状Bi2WO6的比表面积分别为15.96m2/g和6.35m2/g。可见光下,花瓣状Bi2WO6对10 ppm罗丹明B的降解效率较片状Bi2WO6提高了 1.7倍。2、分别以片状、微球状BiOCl为载体,硫化镉量子点(CdSQDs)为负载剂,采用区域选择沉积过程制备了 CdS QDs/BiOCl异质结光催化剂。结果表明,粒径小于10 nm的CdSQDs均匀负载在BiOCl纳米片/微球的表面,另外,CdSQDs的负载显著提高了 BiOCl的可见光吸收性能,并促进了光生电子-空穴对的分离。其中CdSQDs的负载量为3wt%时,CdSQDs-3%/BiOCl具有最高的光催化活性,可见光照射下,其光催化降解1Oppm甲基橙的活性是纯BiOCl的4.0倍。3、以Bi(NO3)3·5H2O和NaCl为原料,碳量子点(CQDs)和CdS QDs为负载剂,采用两步区域选择沉积法制备了 Z型CdS/CQDs/BiOCl异质结光催化剂。结果表明,粒径为2-5 nm的CQDs夹在CdS纳米颗粒和BiOCl纳米片中间,形成三明治的夹层结构。由于CQDs具有良好的导电性,Z型CdS/CQDs/BiOCl异质结不仅有效地促进了光生电子-空穴对的分离,还使其具有出色的氧化还原性能。可见光照射 50 min,CdS/CQDs/BiOCl 和 BiOCl 对 20 ppm RhB降解率分别为99%和40%。4、以乙醇溶液为分散剂,硼氢化钾(KBH4)溶液为还原剂,可控还原花瓣状Bi2WO6得到Bi/Bi2W06复合光催化剂,进一步采用液相沉积法制备了 CdSQDs/Bi/Bi2W06复合光催化剂。结果表明,粒径分别为5 nm的CdS QDs,10 nm的金属Bi均匀分散在Bi2WO6纳米片的表面。金属Bi的负载有效促进了 CdS与Bi2WO6之间的电子转移,可见光下CdS QDs/Bi/Bi2W06对10 ppm罗丹明B和6.6 mg/L甲醛的降解速率较Bi2WO6分别提高了 4.2和3.1倍。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1
【图文】：

大量的空穴（ｈ＋）。其中ｅ？具有还原性，ｈ＋具有氧化性。ｅ？可将ＣＯ；；还原为ＣＨ３ＯＨ，逡逑将水中的Ｈ＋还原为Ｈ２。ｈ＋可将有机污染降解为（：０２和出０［５，９］。光催化机理如逡逑图１－丨所示，因此光催化剂技术可用于能源制造和环境治理方面。逡逑ｃｈ３ｏｈ邋＾逦２＾；邋Ｈ２逡逑Ｃ０２邋－丨邋ｆ邋，邋Ｈ邋０逡逑ｐｈｏｔｏｃ＾ｉｔａｌｙｓｔｌ邋．逦＾邋１＇ｇｈｔ逡逑Ｉ邋—邋￡逡逑ｈ＋ｈ＋ｈ＋ｌＴ＾１＂＊邋ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ逡逑＾邋ｃｏ２邋＋邋ｈ２ｏ逡逑图１－１光催化机理示意图逡逑Ｆｉｇ邋１－１．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑１．３铋系光催化剂简介逡逑目前，根据所含元素的不同可将铋系光催化剂分为：含铋氧化物、含铋硫逡逑化物、含铋多元氧化物、含铋卤化物等［２］。其中很多铋系光催化剂具有层状结构，逡逑从其电子结构来看，Ｂｉ邋６ｓ轨道和０邋２ｐ轨道发生杂化，使得其价带上移，有利逡逑于光催化过程中光生ｅ－－ｈ＋对的分离和迁移，因此铋系光催化剂具有较好的光催逡逑化性能。其中，光催化剂的带隙结构决定了其光催化应用领域。铋系光催化剂带逡逑隙结构如表１－１所示。逡逑２逡逑

图ｌ－３Ｂｉ２Ｗ０６结构示意图逡逑Ｆｉｇ邋１－３．邋Ｔｈｅ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ＢｈＷ0６逡逑Ｃｌ和Ｂｉ２Ｗ０６的合成方法逡逑Ｃｌ邋的制备逡逑的制备ＢｉＯＣｌ的方法主要有液相沉淀法％１４］、水解法和溶剂热／４逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 王晓雯;张小超;樊彩梅;;BiOCl基光催化材料的研究进展[J];化工进展;2014年01期

2 李二军;陈浪;章强;李文华;尹双凤;;铋系半导体光催化材料[J];化学进展;2010年12期

本文编号：2739036