铋基光催化材料的改性及其光催化性能研究

发布时间：2020-04-09 05:34

【摘要】：实现高效、直接地将太阳能向其它能源如化学能的转变,被认为是解决未来环境和能源问题的最有潜力的策略。以可持续化学为原则的光催化技术,可以利用不竭的和清洁的太阳能,在实现这项转变上为我们提供了一条有前途的道路。最近,人们对一系列具有可见光活性的铋基光催化剂给予了极大关注。由于Bi的6s~2轨道和O的2p轨道的杂化,价带上移可能会造成价带的散度增加,这将有利于光生电子-空穴对的分离和转移,许多包含Bi~(3+)离子的化合物被发现其具有狭窄的带隙,展现出较高的可见光光催化活性。另外,Bi~(5+)的6s空轨道也使包含Bi~(5+)离子的化合物具有较高的光催化活性。因此,关于铋基化合物和复合材料的合成、表征和光催化性能等方面引起了许多研究者的研究兴趣,铋基光催化材料已经成为一个可见光光催化剂的重要家族。本文基于铋基光催化剂的制备改性,主要研究了以下三部分内容:(1)通过水热法合成了BiOBr和离子液体辅助的BiOBr(Ionic Liquid Assisted Bi OBr,IL-BiOBr)光催化材料,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等手段对其微观形貌、晶相和光吸收性质进行了表征。采用吸附动力学和吸附热力学模拟探究该材料对孔雀石绿分子(Malachite Green,MG)的吸附行为,结果表明,BiOBr和IL-BiOBr对MG的吸附符合Langmuir吸附模型和准一级动力学模型。光催化实验结果表明,加入离子液体合成的IL-BiOBr材料对MG的光降解效果比BiOBr明显增强。进一步探讨了不同光催化条件对IL-BiOBr降解MG的影响,在催化剂投加量为1.5 g/L,MG浓度为15 mg/L,pH=7的最佳条件下,光照60 min后IL-BiOBr对MG的降解率达到93.9%,表现出良好的催化活性,循环实验表明材料具有良好的稳定性。(2)以三聚氰胺为原料通过高温煅烧得到类石墨相氮化碳(Graphiticcarbon Nitride,g-C_3N_4),采用水热法制备了不同复合比例的Bi_2Se_3/g-C_3N_4复合材料,采用XRD、SEM和FT-IR等手段对材料进行晶相、形貌、结构表征。光催化实验表明,不同复合比例的Bi_2Se_3/g-C_3N_4光催化剂对罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的降解效果均优于单独的g-C_3N_4和Bi_2Se_3材料。当复合材料Bi_2Se_3/g-C_3N_4中Bi_2Se_3的含量为20.6%(m/m),催化剂投加量为3 g/L,RhB的浓度为20 mg/L,偏酸性的条件下,光照100 min后RhB的降解率达到92.3%。该材料还可应用于其他三种染料废水(MG,甲基橙和亚甲基蓝)的降解,取得了良好的效果。(3)以超声-水热法合成了WS_2量子点(WS_2 Quantum Dots,WS_2 QDs),以水热法合成了Bi_2WO_6,并通过湿法浸渍合成了不同WS_2 QDs含量的WS_2QDs/Bi_2WO_6的复合光催化剂,将该材料应用于苯酚的光催化降解,结果表明,WS_2 QDs的引入大幅增强了Bi_2WO_6的光催化性能。在催化剂投加量为2 g/L,苯酚浓度为10 mg/L,偏酸性的条件下,光照90 min后苯酚的降解率达到93%以上。
【图文】：

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西安建筑科技大学硕士学位论文太阳能和空气中的氧气，将其转化为高密度的电能或化学能，可在环境温度和力下进行的绿色技术。它迎合了许多方面的广泛应用，尤其是在含有机污染物废水处理和光催化分解水等方面。并且因为光催化反应过程中无污染、高效率成本低、对环境友好等，被认为是一项用来解决当前能源和环境问题的最具潜的技术，引起了众多研究学者们的广泛关注[13-14]。1.2 光催化技术1.2.1 半导体光催化的基本原理能带理论是半导体光催化的基本原理。原子轨道构成具有分立能级的分子道，其数量非常大，可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成能带。半导体能带结构不连续，，导带(Conduction Band，CB)的最低点和价带(ValeBand，VB)的最高点的能量之差称为带隙，也称能隙。

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长扫描得到 MG 的最大吸收波长为 616 nm。MG 溶液的标准曲线绘制过程如下制浓度分别为 2.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0 mg/L 的 MG 溶液，于为 616 nm 处测定其吸光度，以吸光度对浓度作图，即可得到 MG 溶液的标准，如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TK511

【参考文献】