可見光催化劑BiOBr在模擬染料廢水處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、染料廢水化學(xué)成分復(fù)雜、色度高、難生化降解，對水環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)、高效的染料廢水處理技術(shù)，成為人們亟待解決的問題?？梢姽獯呋夹g(shù)具有能耗低、催化反應(yīng)速度快、無毒、無選擇性以及對反應(yīng)物催化降解完全等特點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。
　　溴氧化鉍(BiOBr)是一種新型半導(dǎo)體催化劑，具有開放式晶體結(jié)構(gòu)和間接躍遷模式，有利于光生電子和空穴的分離，是一種十分具有應(yīng)用前景的可見光催化劑。BiOBr的制備方

2、法較多，其中水熱法因其簡單、可控合成等特性被廣泛研究。目前，水熱法多以有機(jī)化合物為原料，且催化活性不夠理想。因此，探究一種簡單原料制備的高活性BiOBr催化劑是一個重要課題。此外，單一的BiOBr催化劑存在光生載流子復(fù)合效率高的問題，通過半導(dǎo)體復(fù)合改性技術(shù)促進(jìn)光生載流子的分離，提高光催化性能，對于推動其應(yīng)用具有重要意義。
　　本文利用Bi(NO3)3·5H2O、NaBr和稀HNO3等無機(jī)原料水熱制備出高活性的BiOBr催化劑，并與

3、另一種已報(bào)道的有機(jī)原料制備的BiOBr催化劑進(jìn)行對比，完成催化劑的優(yōu)選。以羅丹明B為目標(biāo)污染物，考察了催化劑的可見光催化活性，研究了催化劑的穩(wěn)定性，探討光催化反應(yīng)過程中的活性物種及機(jī)理。此外，采用半導(dǎo)體復(fù)合改性技術(shù)，制備不同質(zhì)量比的C3N4/BiOBr和BiOI/BiOBr復(fù)合催化劑，研究了復(fù)合催化劑的光催化性能，并對其光催化機(jī)理進(jìn)行探究。主要研究結(jié)論如下：
　　1、BiOBr光催化劑的制備及性能研究。利用Bi(NO3)3·5H2

4、O、NaBr和稀HNO3等無機(jī)原料水熱制備了BiOBr催化劑。羅丹明B降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備出的BiOBr催化活性遠(yuǎn)高于對照組，反應(yīng)速率提高170％。這主要?dú)w因于其獨(dú)特的花狀片層結(jié)構(gòu)、較小的顆粒尺寸和較大的比表面積。BiOBr催化劑在重復(fù)使用多次后，仍保持較高的催化活性。自由基捕獲實(shí)驗(yàn)和電子自旋共振(ESR)測定結(jié)果表明，BiOBr催化降解羅丹明B反應(yīng)過程中的主要活性物種是h+和·O2-。
　　2、C3N4/BiOBr復(fù)合光催化劑

5、的制備及性能研究。光致發(fā)光光譜(PL)和瞬態(tài)光電流測試結(jié)果表明，C3N4/BiOBr的熒光發(fā)射峰強(qiáng)度比BiOBr弱，光電流比BiOBr大，說明其光生載流子復(fù)合率較低。羅丹明B降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，15wt％C3N4/BiOBr光催化活性最優(yōu)，與BiOBr相比，反應(yīng)速率提高180％，降解時(shí)間縮短60％。因此，C3N4對BiOBr的復(fù)合改性，能有效降低BiOBr光生載流子復(fù)合率，顯著提高其光催化活性。這歸因于:C3N4和BiOBr之間形成異質(zhì)結(jié)

6、，電子從C3N4的導(dǎo)帶(-1.12eV)遷移至BiOBr的導(dǎo)帶(0.31eV)，空穴從BiOBr的價(jià)帶(3.06eV)遷移至C3N4(1.59eV)的價(jià)帶，有效地抑制電子和空穴的復(fù)合。
　　3、BiOI/BiOBr復(fù)合光催化劑的制備及性能研究。光致發(fā)光光譜(PL)和瞬態(tài)光電流測試結(jié)果表明，BiOI/BiOBr的熒光發(fā)射峰強(qiáng)度比BiOBr弱，光電流比BiOBr大，說明其光生載流子復(fù)合率較低。羅丹明B降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，8wt％BiOI

7、/BiOBr光催化活性最優(yōu)，與BiOBr相比，反應(yīng)速率提高91％，降解時(shí)間縮短53％。因此，BiOI對BiOBr的復(fù)合改性，能有效降低BiOBr光生載流子復(fù)合率，顯著提高其光催化活性。這歸因子:BiOI和BiOBr之間形成異質(zhì)結(jié)，在可見光條件下（λ=420nm），BiOI和BiOBr均被激發(fā)，其價(jià)帶上的電子躍遷到更高的導(dǎo)帶位置。隨后電子從BiOI的導(dǎo)帶(-0.64eV)遷移至BiOBr的導(dǎo)帶(0.11eV)，空穴從BiOBr的價(jià)帶(3.