鉍系異質(zhì)結(jié)光催化劑的原位制備及其環(huán)境凈化性能研究.pdf

1、拓寬半導(dǎo)體光催化材料的光響應(yīng)范圍和提高光催化反應(yīng)效率是目前光催化研究的重點(diǎn)。鉍系復(fù)合氧化物因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的可見光吸收性能，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。結(jié)合我國鉍礦資源優(yōu)勢，設(shè)計(jì)制備廉價(jià)、高效、可用于環(huán)境凈化領(lǐng)域的鉍系光催化劑具有很好的發(fā)展前景。本文使用軟化學(xué)原位合成技術(shù)，設(shè)計(jì)制備一系列分布均勻、能級匹配的鉍系異質(zhì)結(jié)型復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑。并分別將其用于有機(jī)污染物的分解、病原微生物的滅殺、重金屬離子的減毒以及室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的去除等

2、環(huán)境凈化領(lǐng)域。通過不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制材料的復(fù)合比例、表面微結(jié)構(gòu)、光吸收性能等，研究了復(fù)合光催化劑結(jié)構(gòu)對光催化環(huán)境凈化性能的影響。本文的主要研究工作如下:
　　 采用簡單易行的低溫溶液法，將Ti的聚合陽離子引入到Bi3NbO7顆粒的表面，原位合成了BiOCl/Bi5Nb3O15/TiO2復(fù)合光催化劑。分別通過XRD、XPS、HR-TEM、紫外-可見漫反射、N2-吸附脫附等多種測試手段對復(fù)合光催化劑樣品進(jìn)行了分析。BiOCl/Bi5

3、Nb3O15/TiO2復(fù)合樣品具有高比表面積和雙介孔結(jié)構(gòu)。光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合光催化劑對羅丹明B和氣態(tài)丙酮都具有很好的光催化降解活性。原位形成的多相異質(zhì)結(jié)界面有效結(jié)合匹配，從而促進(jìn)光生電荷的分離，增強(qiáng)光催化活性。該光催化劑對羅丹明B的降解先以脫乙基作用為主導(dǎo)，后對發(fā)色基團(tuán)進(jìn)行攻擊破壞，活性自由基O2·-在光催化降解羅丹明B中起主要作用。
　　 采用水熱法，探討了不同鉍源化合物和反應(yīng)體系pH值對合成Bi2O2CO3的形貌結(jié)構(gòu)

4、、表面官能團(tuán)、光吸收性及光催化活性的影響。以BiCl3為鉍源所合成的樣品具有更小的粒徑尺寸，吸收邊帶出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象。在紫外光照射下，以BiCl3為鉍源所合成的樣品對甲基橙具有最高的光催化活性。在pH約為8時(shí)所制備的Bi2O2CO3樣品由微米/納米片自組裝形成具有分級結(jié)構(gòu)的球狀，有利于對光量子的捕集，表現(xiàn)出很好的光催化活性。
　　 采用水熱法原位合成了Bi2O2CO3/Bi3NbO7復(fù)合光催化劑，并研究了所制備樣品在可見光下

5、對大腸桿菌的光催化滅菌活性。通過多種測試表征手段對合成樣品的物相、表面微結(jié)構(gòu)、光吸收性能等進(jìn)行分析，并對其光催化滅菌機(jī)理進(jìn)行了初探。不同比例的Bi2O2CO3/Bi3NbO7復(fù)合物的光吸收波長闕值λg范圍從428nm到445nm之間。光催化滅菌結(jié)果表明，BiCO/BiNbO-2樣品在可見光下對大腸桿菌具有較好的滅活能力。原位制備所形成的Bi2O2CO3/Bi3NbO7異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效延長光生電子空穴的壽命。復(fù)合光催化劑具有大的比表面積

6、和多孔徑結(jié)構(gòu)，這有利于增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，從而進(jìn)一步提高光催化反應(yīng)效率。
　　 采用水熱原位制備技術(shù)合成了Bi2S3/Bi2O2CO3復(fù)合光催化劑，并考察了所制備的復(fù)合光催化劑在模擬太陽光下對溶液中Cr(Ⅵ)的去除效率。通過XRD、SEM、TEM、UV-vis Diffuse Reflectance等多種測試表征手段對合成樣品的物相組成、形貌結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)、光吸收性能等進(jìn)行了分析。復(fù)合物中Bi2S3和Bi2O2CO3分別以棒狀纖