钒酸铋及其复合材料的合成及光催化性能研究

发布时间：2020-11-11 16:15

　　 近年来,环境污染尤其是水环境污染日益加剧,废水的成分复杂、毒性强而且可降解性差,因此开发出能够降解各种有机污染物的光催化材料已经是改善人类生存和生活的关键所在。与传统的技术相比,光催化技术拥有降解效率高、无危害、不易造成二次污染、能耗低和使用范围广等特点。与传统的TiO_2光催化材料相比,钒酸铋凭借优异的化学性质、物理性质、良好的稳定性和合适的禁带宽度,而得到广泛的研究。由于纯相的钒酸铋依旧受到降解选择性差、光催化活性低等因素的限制,本文通过控制形貌和微观结构、掺杂、复合半导体材料等方法,来提高钒酸铋材料的光催化活性。具体内容如下:⑴以Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4VO_3为主要原料,油胺和油酸为表面活性剂,采用水热法在pH=4.2时制备出了具有血细胞状结构的钒酸铋光催化材料。利用XRD、TEM和SEM等仪器对样品进行测试和表征,钒酸铋的带隙宽度约为2.4 eV。血细胞状钒酸铋颗粒产率达到90%。为了研究反应条件对BiVO_4形貌形成的影响,通过改变实验参数进行了一系列相关实验,发现溶液的pH值在控制BiVO_4形貌中起关键作用。在pH=2.2时,得到了立方块状钒酸铋;在pH=5.7时,得到了球形颗粒状钒酸铋。此外,用10 mg/L的罗丹明B和亚甲基蓝为目标降解物,研究了样品在紫外可见光下的光催化性能。140分钟后,血细胞状结构的样品降解效率最高。最后,在反复光催化实验中,催化活性和回收率基本保持在较高水平。⑵为了提高单斜晶相BiVO_4的光催化活性,采用一步水热法制备掺杂Er的BiVO_4和掺杂Nd的BiVO_4,并通过XRD,SEM和紫外-可见光谱对样品进行分析表征。结果表明:随着掺杂量的增加,XRD谱图中掺杂稀土离子后样品的(110)晶面的衍射峰向着高角度移动,表明晶胞变小。样品的形貌也变得不均匀。光催化实验中,在500 W氙灯下光反应140 min后,掺杂比为2%的样品降解效率最高,说明掺杂量会影响催化剂的光催化活性。4次光降解循环后,催化活性和回收率下降到一定程度,但仍保持较高的催化活性。⑶通过原位生长的方法合成了具有高度可见光驱动光催化活性的石墨相C_3N_4(mg-C_3N_4)覆盖的BiVO_4血细胞样颗粒。所制备的复合光催化剂在可见光下降解有机染料罗丹明B(RhB)的表现出优异的降解性能,BiVO_4/mg-C_3N_4中BiVO_4重量比为10%的混合体系结构具有最高的光催化活性,已经证明BiVO_4/mg-C_3N_4的降解能力显著增强,源于光诱导电子在g-C_3N_4和血细胞状BiVO_4的界面上的高迁移效率。
【学位单位】：江苏理工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ135.32;O643.36
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光催化材料介绍
        1.2.1 光催化材料的发展历程
        1.2.2 光催化剂降解活性的影响因素
        1.2.3 光催化剂的应用
    1.3 光催化反应原理
    1.4 钒酸铋光催化材料介绍
        1.4.1 钒酸铋的制备
        1.4.2 钒酸铋的改性方法
        1.4.3 钒酸铋的回收
    1.5 本文的研究意义及主要内容
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 主要内容
第二章 多种形貌钒酸铋材料的水热合成及光催化性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂
        2.2.2 仪器
        2.2.3 实验过程
        2.2.4 样品的表征
        2.2.5 光催化实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 探索实验结果
        2.3.2 XRD分析
        2.3.3 SEM分析
        2.3.4 TEM分析
        2.3.5 紫外-可见吸收光谱分析
        2.3.6 调节pH合成出其他形貌的钒酸铋材料
        2.3.7 催化剂对罗丹明B降解率的研究
        2.3.8 催化剂对亚甲基蓝降解率的研究
        2.3.9 光催化机理分析
        2.3.10 催化剂的重复使用活性及回收率
    2.4 本章小结
第三章 稀土离子掺杂钒酸铋材料的合成及光催化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂
        3.2.2 实验过程
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 SEM分析
        3.3.3 紫外-可见吸收光谱分析
        3.3.4 光催化性能分析
        3.3.5 光催化机理分析
        3.3.6 催化剂的重复使用活性及回收率
    3.4 本章小结
第四章 钒酸铋/氮化碳复合材料的合成及光催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂
        4.2.2 实验过程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD分析
        4.3.2 SEM分析
        4.3.3 TEM分析
        4.3.4 红外分析
        4.3.5 光催化性能分析
        4.3.6 光催化机理分析
        4.3.7 催化剂的重复使用活性及回收率
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2879430