BiOCl/ZnMgAl-HTLCs复合材料光催化去除水中的甲基橙
发布时间：2022-01-05 23:15
以Mg（NO3）2·6H2O、Al（NO3）3·9H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Bi（NO3）3·5H2O为主要原料,采用水热合成法,制备了Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs光催化剂,对其进行XRD、EDS、SEM、FT-IR、UV-Vis、TGA表征,并通过降解甲基橙（MO）实验,探究催化剂水热合成的p H、溶剂、温度对其光催化性能的影响.结果表明:Zn Mg Al-HTLCs改善了Bi OCl的分散性,Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs能够有效地催化去除水中的甲基橙,在p H=7.5、溶剂为水、T=140℃条件下,可见光催化活性最佳,光照60 min后对10 mg·L-1的甲基橙溶液（MO）的降解率均达到85%以上.综合表明,Bi OCl/Zn Mg Al-HTLCs是一种具有潜在应用前景的光催化剂.
【文章来源】：环境科学学报. 2017,37(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同材料的XＲD图(a)和EDS图(b)
11期刘国等:BiOCl/ZnMgAl-HTLCs复合材料光催化去除水中的甲基橙衍射角范围是10°～70°．由图可知ZnMgAl-HTLCs的样品衍射峰的晶面指数分别为(003)、(006)、(009)、(015)、(018)(陈伟等，2010)，表明样品具水滑石层状结构;制备的纳米BiOCl与标准JCPDS卡片上BiOCl标准谱图(06-0249)一致(姬磊，2015)，所得BiOCl样品属四方晶系，各衍射峰的晶面指数分别为(001)、(002)、(101)、(110)、(102)、(003)、(112)、(200)、(113)、(104)，无其它杂质峰出现，结晶性好．催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs含ZnMgAl-HTLCs的衍射峰11．712°(003)、39．528°(015)及BiOCl的衍射峰23．98°(002)和46．09°(200)，还包含不属于ZnMgAl-HTLCs和BiOCl的衍射峰，说明BiOCl的加入可能影响了催化剂的部分层状结构．BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的EDS能谱如图1b所示．在其表面检测到Zn、Mg、Al、Bi、Cl、O、C元素，并且分析了各元素所占百分比，结果表明可以通过实验将BiOCl成功负载在ZnMgAl-HTLCs上．图1不同材料的XＲD图(a)和EDS图(b)Fig．1XＲDpatters(a)andEDSpatters(b)ofZnMgAl-HTLCs，BiOClandBiOCl/ZnMgAl-HTLCs3．1．2SEM分析图2为ZnMgAl-HTLCs、BiOCl、催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的SEM表征图．制备的纳米ZnMgAl-HTLCs(图2a)的全貌可见，其形貌为球状，由较小结构的单元纳米片状组成，尺寸为20～60nm;制备的纳米BiOCl为清晰的片状结构，厚度尺寸为15～20nm，且部分有团聚，分散性不好图2ZnMgAl-HTLCs(a)、BiOCl(b)、BiOCl/ZnMgAl-HTLCs(c，d)的SEM图Fig．2SEMimagesofZnMgAl-HTLCs，BiOClandBiOCl/ZnMgAl-HTLCs4073
大约为460nm，在390～760nm的可见光区有明显吸收，可以响应可见光进行光催化反应．3．1．5TGA分析图3c为催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的TGA曲线．由图可知，BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的TGA总失重率为33．18%，一阶台阶失重率为13．83%，二阶台阶失重率为19．38%．DSC显示一阶失重段样品中组分产生吸热熔融效应，峰值温度为234．4℃．DTG曲线表明在202．9～237．5℃样品组分产生熔融失重，411．3～469．0℃样品组分热分解失重．结果表明，制备出的催化剂常温态热稳定性较好，升温至202．9℃时才有明显的熔融分解失重产生．图3BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的红外吸收图谱(a)、UV-VisDＲS谱图(b)和TGA曲线(c)Fig．3FT-IＲspectrum(a)，UV-VisDＲS(b)andTGA(c)curvesofBiOCl/ZnMgAl-HTLCs3．2BiOCl/ZnMgAl-HTLCs催化剂样品可见光催化性能分析取0．1gZnMgAl-HTLCs、BiOCl、催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs光催化降解100mL浓度为10mg·L－1甲基橙(MO)，黑暗吸附30min，可见光照射60min，考察不同材料对甲基橙去除的影响，如图4所示．由图4可知，催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的去除率最高，去除率为88．5%，高于单独使用BiOCl的去除率49%(Zhangetal．，2006)，对甲基橙的去除率提高了39．5%;而ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的去除率仅为7%，可能ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的吸附造成了甲基橙的去除．可见，BiOCl/ZnMgAl-HTLCs去除甲基橙主要是由BiOCl光催化降解引起的，同时存在ZnMgAl-HTLCs的部分吸附作用．4074
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学方法处理分散红染料废水的研究[J]. 瓮青松,杨富国,阮善菊. 广东化工. 2016(10)
[2]BiOCl/NaBiO3复合材料的原位合成及光催化性能[J]. 姬磊,于瑞敏,王浩人,陈丽铎,汪怀远. 高等学校化学学报. 2015(03)
[3]BiOCl基光催化材料的研究进展[J]. 王晓雯,张小超,樊彩梅. 化工进展. 2014(01)
[4]类水滑石的制备与改性及其在聚丙烯阻燃中的应用[J]. 杨保俊,薛中华,王百年,张志刚,李茜,李乐. 复合材料学报. 2014(02)
[5]水滑石纳米材料特性及其在电化学生物传感器方面的应用[J]. 刘儒平,孔祥贵,岳钊,牛文成,刘国华. 化工进展. 2013(11)
[6]高分子固体废物基活性炭对有机染料的吸附解吸行为研究[J]. 廉菲,刘畅,李国光,刘一夫,李勇,祝凌燕. 环境科学. 2012(01)
[7]Mg-Al类水滑石/二氧化钛异质复合纳米晶光催化氧化苯的性能[J]. 陈伟,李旦振,何顺辉,邵宇,黄艳,付贤智. 催化学报. 2010(08)
[8]类水滑石催化氰乙酸甲酯与乙醇的酯交换反应[J]. 邱滔,李桂勇,吕新宇. 石油化工. 2008(03)
硕士论文
[1]水滑石负载Bi2O3的制备、表征及其光催化性能研究[D]. 帅丽.中南大学 2013
[2]ZnMgAl类水滑石及其改性材料的制备和性能研究[D]. 李娜.华南理工大学 2012
本文编号：3571225
【文章来源】：环境科学学报. 2017,37(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同材料的XＲD图(a)和EDS图(b)
11期刘国等:BiOCl/ZnMgAl-HTLCs复合材料光催化去除水中的甲基橙衍射角范围是10°～70°．由图可知ZnMgAl-HTLCs的样品衍射峰的晶面指数分别为(003)、(006)、(009)、(015)、(018)(陈伟等，2010)，表明样品具水滑石层状结构;制备的纳米BiOCl与标准JCPDS卡片上BiOCl标准谱图(06-0249)一致(姬磊，2015)，所得BiOCl样品属四方晶系，各衍射峰的晶面指数分别为(001)、(002)、(101)、(110)、(102)、(003)、(112)、(200)、(113)、(104)，无其它杂质峰出现，结晶性好．催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs含ZnMgAl-HTLCs的衍射峰11．712°(003)、39．528°(015)及BiOCl的衍射峰23．98°(002)和46．09°(200)，还包含不属于ZnMgAl-HTLCs和BiOCl的衍射峰，说明BiOCl的加入可能影响了催化剂的部分层状结构．BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的EDS能谱如图1b所示．在其表面检测到Zn、Mg、Al、Bi、Cl、O、C元素，并且分析了各元素所占百分比，结果表明可以通过实验将BiOCl成功负载在ZnMgAl-HTLCs上．图1不同材料的XＲD图(a)和EDS图(b)Fig．1XＲDpatters(a)andEDSpatters(b)ofZnMgAl-HTLCs，BiOClandBiOCl/ZnMgAl-HTLCs3．1．2SEM分析图2为ZnMgAl-HTLCs、BiOCl、催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的SEM表征图．制备的纳米ZnMgAl-HTLCs(图2a)的全貌可见，其形貌为球状，由较小结构的单元纳米片状组成，尺寸为20～60nm;制备的纳米BiOCl为清晰的片状结构，厚度尺寸为15～20nm，且部分有团聚，分散性不好图2ZnMgAl-HTLCs(a)、BiOCl(b)、BiOCl/ZnMgAl-HTLCs(c，d)的SEM图Fig．2SEMimagesofZnMgAl-HTLCs，BiOClandBiOCl/ZnMgAl-HTLCs4073
大约为460nm，在390～760nm的可见光区有明显吸收，可以响应可见光进行光催化反应．3．1．5TGA分析图3c为催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的TGA曲线．由图可知，BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的TGA总失重率为33．18%，一阶台阶失重率为13．83%，二阶台阶失重率为19．38%．DSC显示一阶失重段样品中组分产生吸热熔融效应，峰值温度为234．4℃．DTG曲线表明在202．9～237．5℃样品组分产生熔融失重，411．3～469．0℃样品组分热分解失重．结果表明，制备出的催化剂常温态热稳定性较好，升温至202．9℃时才有明显的熔融分解失重产生．图3BiOCl/ZnMgAl-HTLCs的红外吸收图谱(a)、UV-VisDＲS谱图(b)和TGA曲线(c)Fig．3FT-IＲspectrum(a)，UV-VisDＲS(b)andTGA(c)curvesofBiOCl/ZnMgAl-HTLCs3．2BiOCl/ZnMgAl-HTLCs催化剂样品可见光催化性能分析取0．1gZnMgAl-HTLCs、BiOCl、催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs光催化降解100mL浓度为10mg·L－1甲基橙(MO)，黑暗吸附30min，可见光照射60min，考察不同材料对甲基橙去除的影响，如图4所示．由图4可知，催化剂BiOCl/ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的去除率最高，去除率为88．5%，高于单独使用BiOCl的去除率49%(Zhangetal．，2006)，对甲基橙的去除率提高了39．5%;而ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的去除率仅为7%，可能ZnMgAl-HTLCs对甲基橙的吸附造成了甲基橙的去除．可见，BiOCl/ZnMgAl-HTLCs去除甲基橙主要是由BiOCl光催化降解引起的，同时存在ZnMgAl-HTLCs的部分吸附作用．4074
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学方法处理分散红染料废水的研究[J]. 瓮青松,杨富国,阮善菊. 广东化工. 2016(10)
[2]BiOCl/NaBiO3复合材料的原位合成及光催化性能[J]. 姬磊,于瑞敏,王浩人,陈丽铎,汪怀远. 高等学校化学学报. 2015(03)
[3]BiOCl基光催化材料的研究进展[J]. 王晓雯,张小超,樊彩梅. 化工进展. 2014(01)
[4]类水滑石的制备与改性及其在聚丙烯阻燃中的应用[J]. 杨保俊,薛中华,王百年,张志刚,李茜,李乐. 复合材料学报. 2014(02)
[5]水滑石纳米材料特性及其在电化学生物传感器方面的应用[J]. 刘儒平,孔祥贵,岳钊,牛文成,刘国华. 化工进展. 2013(11)
[6]高分子固体废物基活性炭对有机染料的吸附解吸行为研究[J]. 廉菲,刘畅,李国光,刘一夫,李勇,祝凌燕. 环境科学. 2012(01)
[7]Mg-Al类水滑石/二氧化钛异质复合纳米晶光催化氧化苯的性能[J]. 陈伟,李旦振,何顺辉,邵宇,黄艳,付贤智. 催化学报. 2010(08)
[8]类水滑石催化氰乙酸甲酯与乙醇的酯交换反应[J]. 邱滔,李桂勇,吕新宇. 石油化工. 2008(03)
硕士论文
[1]水滑石负载Bi2O3的制备、表征及其光催化性能研究[D]. 帅丽.中南大学 2013
[2]ZnMgAl类水滑石及其改性材料的制备和性能研究[D]. 李娜.华南理工大学 2012
本文编号：3571225
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