钒酸铋与氧化钨光催化剂的制备及其性能研究

发布时间：2017-07-07 04:08

  本文关键词：钒酸铋与氧化钨光催化剂的制备及其性能研究

  更多相关文章： 单斜相BiVO_4 WO_3·0.33H_2O W_(18)O_(49) 水热合成 光催化 亚甲基蓝降解

【摘要】：利用光催化技术降解和消除废水中污染物的研究自20世纪70年代便受到了人们的广泛关注。然而,传统的光催化剂带隙宽、太阳能利用率低,限制了其光催化活性,因此开发窄禁带的新型材料具有重要的研究价值和实用意义。研究发现,钒酸铋(BiVO_4)和氧化钨(WO_x)光催化剂的带隙较窄,因此被广泛应用于可见光下有机物的降解和光解水产氢。由于半导体光催化剂的光催化活性受晶体结构、形貌等因素的影响,因此,本论文以钒酸铋和氧化钨为研究对象,通过对其形貌进行有效调控,实现提高其光催化活性的目的。具体研究内容如下:(1)m-BiVO_4的微形貌控制及可见光催化性能研究以Bi(NO)_3·5H_2O和NH_4VO_3为反应物,柠檬酸钠为螯合剂,NaOH和HNO_3为pH调节剂,通过水热法制备了多种形貌的m-BiVO_4。利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射分析仪及比表面积分析仪等手段对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物研究其光催化性能。结果分析显示,通过控制反应前驱体溶液的pH值可获得花生状、椭球状、双四边形状、双四角星状等不同形貌的m-BiVO_4。不同形貌钒酸铋晶体的禁带宽度为2.37-2.45 eV,在紫外和可见光区域均具有较强的吸收,且在可见光下对MB均有明显的降解作用。在pH=1下所制备花生状BiVO_4样品的光催化活性最高,经225 min光照后,MB的降解率达到95%以上,反应速率常数为0.0132 min-1。(2)不同煅烧温度下m-BiVO_4的制备及可见光催化性能研究采用一步醇-水热法成功合成了花生状m-BiVO_4,对所得产品在不同温度下进一步煅烧处理。利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积分析仪及紫外-可见漫反射分析仪等技术对煅烧前后的样品进行表征,并以MB为降解对象研究其光催化性能。结果表明:煅烧处理不仅会影响样品的表面结构和结晶度,也会使它们的比表面积增大。煅烧温度为450°C时,m-BiVO_4样品的结晶度最高,且其花生状形貌在该温度下保持的最好。煅烧处理后,所有样品对MB溶液的降解能力均有所提高,且在煅烧温度为450°C下所得m-BiVO_4样品的光催化活性最高,经150 min光照后,MB的降解率为94.3%,反应速率为0.018 min-1,为未煅烧钒酸铋样品的2.3倍。(3)线团状WO_3·0.33H_2O的制备与光催化性能研究以钨粉与H_2O_2(30%)反应生成的过氧聚钨酸(PTA)为前躯体,通过水热法制备了线团状WO_3·0.33H_2O,并用X-射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱分析仪、X射线光电子能谱等对所得样品进行表征,以MB为降解对象研究其光催化性能。结果表明:当PTA溶液与去离子水体积分别为10 ml和5 ml时,可获得线团状正交相WO_3·0.33H_2O,且该样品对MB的降解表现出较强的光催化活性,180 min光照后,MB的降解率达96%以上。(4)W_(18)O_(49)纳米线簇的制备与光催化性能研究以钨粉与H_2O_2(30%)反应生成的过氧聚钨酸(PTA)玻璃粉体为前躯体,以乙醇为溶剂,通过溶剂热法合成了纳米线簇W_(18)O_(49),并用X-射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱分析仪、X射线光电子能谱等手段对所得样品进行表征。结果表明:当PTA玻璃粉体的量为0.2 g,反应温度和时间分别为180°C和12 h时,可得到大范围的、生长方向高度一致的W_(18)O_(49)纳米线簇。样品中W~(5+)的生成证明了W_(18)O_(49)表面存在大量氧空位,这也是导致其在近红外区(500~800 nm)出现较强吸收的主要原因。以MB为降解对象,研究所得W_(18)O_(49)纳米线簇的光催化性能。结果表明,所制得W_(18)O_(49)的光催化活性明显高于上一章中所制备的WO_3·0.33H_2O晶体,75 min光照后,其对MB的降解率达98%以上。
【关键词】：单斜相BiVO_4 WO_3·0.33H_2O W_(18)O_(49) 水热合成 光催化 亚甲基蓝降解
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 半导体光催化技术13-17
• 1.1.1 半导体光催化研究背景13
• 1.1.2 半导体光催化基本原理13-14
• 1.1.3 半导体光催化剂的制备方法14-15
• 1.1.4 半导体光催化应用研究15-17
• 1.2 可见光光催化材料17
• 1.3 BiVO_4的研究进展17-19
• 1.3.1 BiVO_4的结构与性能17-18
• 1.3.2 m-BiVO_4的合成及光催化性能研究18-19
• 1.4 氧化钨的研究进展19-20
• 1.4.1 氧化钨的结构19-20
• 1.4.2 氧化钨的合成及光催化性能研究20
• 1.5 课题研究内容与创新性20-22
• 1.5.1 课题研究内容20-21
• 1.5.2 课题创新性21-22
• 2 m-BiVO_4的微形貌控制及可见光催化性能研究22-36
• 2.1 前言22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验试剂及所用仪器设备22-23
• 2.2.2 不同形貌m-BiVO_4的制备方法23-24
• 2.2.3 m-BiVO_4的表征方法与表征仪器24
• 2.2.4 m-BiVO_4的光催化活性测定24-25
• 2.3 结果与讨论25-34
• 2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）25-26
• 2.3.2 扫描电镜分析（SEM）26-28
• 2.3.3 不同形貌形成机理28-29
• 2.3.4 紫外-可见漫反射29-31
• 2.3.5 样品的可见光催化活性31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 不同煅烧温度下m-BiVO_4的制备及可见光催化性能研究36-47
• 3.1 前言36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 实验试剂及所用仪器设备36
• 3.2.2 不同煅烧温度下花生状m-BiVO_4的制备方法36-37
• 3.2.3 m-BiVO_4的表征方法与表征仪器37
• 3.2.4 m-BiVO_4的光催化活性测定37
• 3.3 结果与讨论37-46
• 3.3.1 X-射线衍射分析（XRD）37-38
• 3.3.2 扫描电镜分析（SEM）38-40
• 3.3.3 水热时间对BiVO_4形貌的影响40
• 3.3.4 紫外-可见漫反射40-42
• 3.3.5 样品的可见光催化活性42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 线团状WO_3·0.33H_2O的制备与光催化性能研究47-55
• 4.1 前言47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 实验试剂及所用仪器设备47
• 4.2.2 WO_3·0.33H_2O光催化剂的制备方法47-48
• 4.2.3 WO_3·0.33H_2O的表征方法与表征仪器48
• 4.2.4 WO_3·0.33H_2O的光催化活性测定48
• 4.3 结果与讨论48-54
• 4.3.1 扫描电镜（SEM）分析48-49
• 4.3.2 X-射线衍射分析（XRD）49-50
• 4.3.3 比表面与孔径分析50-51
• 4.3.4 X射线光电子能谱（XPS）51-52
• 4.3.5 紫外-可见漫反射52-53
• 4.3.6 样品的可见光催化活性53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 W_(18)O_(49)纳米线簇的制备与光催化性能研究55-64
• 5.1 前言55
• 5.2 实验部分55-56
• 5.2.1 实验试剂及所用仪器设备55
• 5.2.2 W_(18)O_(49)光催化剂的制备方法55
• 5.2.3 W_(18)O_(49)的表征方法与表征仪器55-56
• 5.2.4 W_(18)O_(49)的光催化活性测定56
• 5.3 结果与讨论56-62
• 5.3.1 样品形貌分析56-58
• 5.3.2 X-射线衍射分析（XRD）58-59
• 5.3.3 比表面与孔径分析59
• 5.3.4 X射线光电子能谱（XPS）59-60
• 5.3.5 紫外-可见漫反射60-61
• 5.3.6 样品的可见光催化活性61-62
• 5.4 本章小结62-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-75
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果75-76
• 个人简历75
• 学术论文75-76
• 致谢76

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