钒酸盐及其复合光催化剂的制备及性能研究

发布时间：2017-04-13 16:09

  本文关键词：钒酸盐及其复合光催化剂的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,利用太阳能解决全球性的能源和环境问题越来越受到重视。降解对人类健康有害的有机污染物逐渐成为今天的世界科学研究的重点。因为这些有机污染物不同而且排放源也不同,使得生物降解这些有机污染物的生态问题通常是非常缓慢而且常规治理大多也是无效的。在这方面,光催化技术,尤其是用半导体光催化体系目前是比传统化学氧化方法降解有毒污染物更吸引人。光催化降解环境有机污染物在过去二三十年已经开始研究。除了传统的光催化剂二氧化钛(TiO2),又有许多新型的光催化剂被研究,比如Ag3PO4,BiVO4,BiOBr等。然而,在现有的光催化研究当中,在可见光范围内的有限的吸收率和高的电荷载体的再结合率仍然是两个基本问题。为了解决这两个问题,本论文合成了不同形貌的新型钒酸盐半导体材料(AgVO3和BiVO4),然后进一步设计修饰等离子体复合材料的光催化剂AgVO3@AgBr@Ag和Ag-AgBr/BiVO4。以催化降解罗丹明B作为模型反应研究等离子体复合光催化剂的催化性能。在此基础上,结合采用现代测试手段对钒酸盐纳米材料的合成、结构和性能进行了深入研究,考察光催化反应动力学过程,初步探索不同形貌结构光催化剂的组成和晶体生长机理。主要研究工作分为以下部分:(1)水热方法合成AgVO3及其光催化活性的研究以硝酸银、偏钒酸铵为原料,采用水热方法制备了新型半导体可见光催化剂AgVO3纳米带可见光催化剂,并进一步探讨了AgVO3晶型与其光催化性能的关系。以光催化降解罗丹明B为模型反应,研究AgVO3纳米带的光催化性能。结果表明:所制备的AgVO3纳米带晶型是单斜结构,厚度为30-50纳米,宽度为100-400纳米,长度为10-100微米,且具有良好的可见光催化活性。(2)AgVO3@AgBr@Ag异质结构的合成及其光催化性能的研究新型光催化剂AgVO3纳米带通过水热方法制备。利用离子取代反应把溴化银成功引入到新型光催化剂钒酸银体系;利用光诱导还原反应,再在太阳下光照下分解成银,银/溴化银纳米颗粒均匀地分散在薄的钒酸银纳米带表面。讨论了不同反应物浓度对银/溴化银纳米颗粒尺寸的影响。另外,我们对复合光催化剂的形成机理进行了简单分析。所制备的可见光诱导光催化降解罗丹明B溶液,光催化降解实验结果显示复合光催化剂具有高活性。在实验用可见光源照射下,反应2分钟,70%罗丹明B完全降解,光催化效果较好。该催化剂通过与AgVO3构建异质结,利用了贵金属银的表面等离子体共振效应和复合半导体光催化材料钒酸银和溴化银吸收可见光的优点,使得该复合光催化剂能够有效提高可见光催化效果。(3)树叶状BiVO4光催化剂的制备、表征及其性能研究采用水热方法,以硝酸铋、偏钒酸铵为原料,通过氢氧化钠调节溶液pH值,制备了新型半导体可见光催化剂树叶状的BiVO4。利用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜及UV-Vis漫反射光谱等现代表征方法对光催化材料BiVO4进行表征。表征结果表明:所制备的BiVO4是单斜相结构,叶片状BiVO4厚度为60~70纳米和宽度70~100微米。通过光催化降解罗丹明B研究了光催化材料树叶状BiVO4的光催化性能,并研究其生长机理。(4)等离子体复合光催化剂Ag-AgBr/BiVO4的制备及应用Ag-AgBr/BiVO4复合光催化剂利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,采用沉积法然后利用光诱导反应制备。作为一个低成本且光催化效率较高的可见光催化剂,树叶状钒酸铋作为基底。在制备过程中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)不仅作为表面活性剂,模板导向剂还是反应物。通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜及透射电镜等等多种现代表征手段对复合光催化剂进行了表征分析。通过光催化降解罗丹明B研究了等离子体复合光催化剂Ag-AgBr/BiVO4的光催化性能。光催化实验结果表明,Ag-AgBr/BiVO4复合材料具有良好的光催化活性。在实验用可见光源照射14分钟,罗丹明B完全降解。同时,与其他的可见光催化剂相比,如Ag-AgBr,Ag-TiO2和AgBr-Ag-TiO2复合材料,银量的需要和成本明显降低。此外,研究了等离子体复合光催化剂Ag-AgBr/BiVO4可能的光催化机理。(5)新型半导体光催化剂梭状钒酸铋的制备及其光催化性能研究以硝酸铋、偏钒酸铵为反应原料,采用水热溶剂热方法,制备出梭状钒酸铋(BiVO4),在模拟太阳光源的照射下研究了其可见光催化性能。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)观测其结构和形貌。X射线衍射(XRD)谱图表明所制备的样品晶相为单斜结构。通过可见光催化降解罗丹明B来探究光催化材料梭状钒酸铋的光催化性能,还研究了梭状钒酸铋可能的光催化机理。
【关键词】：可见光光催化剂 银 溴化银 钒酸铋 钒酸银 光催化降解 罗丹明B(RhB) 表面等离子体光催化剂
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 前言12-39
• 1.1 光催化剂降解12
• 1.2 半导体光催化技术的基本原理12-16
• 1.2.1 光催化反应过程14-15
• 1.2.2 半导体的能带位置15-16
• 1.3 半导体催化剂降解活性的影响因素16-19
• 1.3.1 半导体晶型及其晶体结构形状16-18
• 1.3.2 粒径尺寸18
• 1.3.3 活性晶面18-19
• 1.3.4 能带结构19
• 1.4 半导体光催化技术的应用19-21
• 1.5 半导体钒酸盐类光催化剂研究进展21-24
• 1.6 本文的选题背景和研究内容24-26
• 参考文献26-39
• 第二章 AgVO_3纳米带光催化剂材料的制备、表征及其性能研究39-47
• 2.1 引言39
• 2.2 实验部分39-40
• 2.2.1 试剂和仪器39-40
• 2.2.2 实验步骤40
• 2.3 结果与讨论40-44
• 2.3.1 催化剂形貌和结构表征40-41
• 2.3.2 单斜 β-AgVO_3样品的吸收性能及其光催化性能研究41-44
• 2.4 小结44
• 参考文献44-47
• 第三章 AgVO_3@AgBr@Ag异质结构光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究47-63
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验部分48-49
• 3.2.1 试剂和仪器48
• 3.2.2 实验步骤48-49
• 3.3 结果与讨论49-58
• 3.3.1 等离子体光催化材料AgVO_3@AgBr@Ag的表征49-54
• 3.3.2 AgVO_3@AgBr@Ag异质结构催化剂的光催化性能54-55
• 3.3.3 AgVO_3@AgBr@Ag光催化剂的稳定性55-56
• 3.3.4 羟基自由基（?OH）的检测与分析56-57
• 3.3.5 可能的光催化机理分析57-58
• 3.4 小结58-59
• 参考文献59-63
• 第四章 树叶状BiVO_4光催化剂的制备、表征及其性能研究63-72
• 4.1 引言63
• 4.2 实验部分63-64
• 4.2.1 实验原料63-64
• 4.2.2 实验仪器设备64
• 4.2.3 树叶状BiVO_4纳米光催化剂的制备64
• 4.2.4 光降解罗丹明B64
• 4.3 结果与讨论64-69
• 4.3.1 BiVO_4光催化剂的晶体结构和形貌表征65-66
• 4.3.2 BiVO_4样品的吸收性能及其光催化性能研究66-68
• 4.3.3 树叶状BiVO_4样品的生长机理68-69
• 4.4 总结69
• 参考文献69-72
• 第五章 低成本的等离子体复合光催化剂Ag-AgBr/BiVO_4体系的制备及应用72-86
• 5.1 引言72-73
• 5.2 实验部分73-75
• 5.2.1 试剂与仪器73
• 5.2.2 Ag-AgBr/BiVO_4光催化剂的制备73
• 5.2.3 光催化降解罗丹明B的实验73-74
• 5.2.4 羟基自由基（OH?）的检测74
• 5.2.5 对比光催化剂Ag AgBr/Al_2O_3的制备及其形貌74-75
• 5.3 结果与讨论75-82
• 5.3.1 等离子体复合光催化体系Ag AgBr/BiVO_4形貌和结构表征75-78
• 5.3.2 产品的吸收性能及光催化活性78-79
• 5.3.3 光催化降解罗丹明B过程的动力学分析79-80
• 5.3.4 光催化剂的稳定性及光降解机理探讨研究80-82
• 5.4 小结82-83
• 参考文献83-86
• 第六章 新型半导体光催化剂梭状钒酸铋的制备及其光催化性能研究86-94
• 6.1 引言86-87
• 6.2 实验部分87-88
• 6.2.1 梭状钒酸铋光催化剂的制备87
• 6.2.2 梭状钒酸铋光催化剂的表征87
• 6.2.3 光催化活性的检测87-88
• 6.3 结果与讨论88-92
• 6.3.1 结构与形貌88-89
• 6.3.2 浓度对产物形貌的影响89-90
• 6.3.3 钒酸铋样品光催化性能研究90-91
• 6.3.4 钒酸铋样品光催化机理研究91-92
• 6.4 总结92
• 参考文献92-94
• 第七章 总结与展望94-97
• 7.1 总结94-95
• 7.2 展望95-97
• 附录：攻读博士研究生期间发表与参与的论文目录97-98
• 致谢98

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卢利平;;可利用太阳光高效转化的新型复合光催化剂[J];功能材料信息;2008年04期

2 辉永庆,谢家理,龙素群;新型纳米复合光催化剂的研究[J];四川大学学报(自然科学版);2004年03期

3 ;日科学家开发出新型复合光催化剂[J];中国有色金属;2008年18期

4 ;日科学家开发出新型复合光催化剂[J];电子元件与材料;2009年02期

5 萨嘎拉;解秀娟;斯琴塔娜;张宇;照日格图;;TiO_2/Fe_3O_4/AC复合光催化剂的制备及其光催化活性研究[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2009年02期

6 王敏;陈平;熊闯;;聚硅硫酸钛制备复合光催化剂及降解甲基橙的研究[J];化学工程师;2012年03期

7 王岩玲;王俊恩;葛艳秋;;Bi_2Fe_4O_9/TiO_2复合光催化剂的制备及光催化性能[J];安徽农业科学;2013年07期

8 张新荣,杨平,赵梦月;玻璃微球附载复合光催化剂降解有机磷农药[J];郑州工业大学学报;1999年01期

9 周化岚;邹忠;吴莎;施文健;;核壳型复合光催化剂的研究进展[J];材料导报;2010年17期

10 叶芳云;杨露;刘鹏;;Ag/AgBr/TiO_2/AC复合光催化剂的制备及其性能研究[J];广州化工;2011年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张敬畅;高玲玲;曹维良;;超临界流体干燥法制备新型TiO_2-CeO_2-SiO_2三元纳米复合光催化剂及其光催化性能研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

2 冯妍;吴青松;张国英;;Fe_2O_3/Bi_2WO_6复合光催化剂的制备及性能[A];第六届全国物理无机化学会议论文摘要集[C];2012年

3 王凯;徐志坚;韩一丹;底兰波;张秀玲;;离子液体助TiO_2-CoFe_2O_4磁性复合光催化剂的制备[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

4 李霞;江国华;唐柏林;魏征;王小红;;CF/N-doped BiOBr复合光催化剂的制备及性能研究[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年

5 孙勇;房晶瑞;王鲁东;;导电高分子/无机半导体复合光催化剂的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第2分册）[C];2010年

6 李长江;王胜平;巩金龙;;磷酸银-钒酸铋复合光催化剂的制备与性能研究[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年

7 丛野;龙梅;秦云;李轩科;;以炭黑为反应性模板制备二氧化钛/炭黑复合光催化剂[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

8 张荷美;宋秀芹;;ZnO/TiO_2复合光催化剂的制备及其光催化性能研究[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年

9 曹暮寒;吴建成;皋银银;敖燕辉;;磁性石墨烯负载二氧化钛复合光催化剂的制备及光催化性能研究[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

10 李绘;张晓艳;崔晓莉;;火热法制备嵌碳TiO_2-SiO_2复合光催化剂[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 葛进;日科学家开发出新型复合光催化剂[N];科技日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 罗利军;具有吸附/光催化协同功能的二氧化钛复合光催化剂的制备及去除双酚A的研究[D];昆明理工大学;2015年

2 于秀娜;基于抗生素废水降解的微/纳米复合光催化材料的制备及降解机理研究[D];江苏大学;2015年

3 刘栋;二氧化钛/氮化硼复合光催化剂的制备及光催化性能的研究[D];河北工业大学;2014年

4 徐W

本文编号：303961