硼、釹摻雜Bi2O3光催化劑的制備及其光催化性能評價.pdf

1、染料廢水是工業(yè)廢水的重要組成部分之一，中國是染織大國，染料廢水排放量巨大，其中含有的偶氮、芳香類化合物、重金屬等成分對生物體有毒害作用，并且由于其高色度、高COD，可生物降解性差等，使染料廢水的處理技術(shù)普遍成本高，處理效果較差。因此，選用高效節(jié)能的污水處理方法來處理染料廢水是目前的研究方向。
　　光催化處理污水技術(shù)因其高效、節(jié)能且不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點而受到了環(huán)境工作者的追捧。Bi2O3是P型半導(dǎo)體其帶隙能為2.8eV，氧空位多，光

2、生電子和空穴分離能力強，使得它能在自然光下光響應(yīng)迅速，氧化能力強，對太陽光利用率高而受到人們的關(guān)注。成為當(dāng)今最理想的光催化材料之一。為了獲得活性更高的催化劑，本文采用溶膠-凝膠法制備了B摻雜改性的Bi2O3光催化劑，Nd3+摻雜改性的Bi2O3光催化劑，硼、釹共摻雜改性的Bi2O3光催化劑，并詳細(xì)分析了樣品的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，系統(tǒng)考查了其光催化性能。具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備了B摻雜改性的Bi2O3光催化劑，分別

3、從B的摻雜量和燒結(jié)時間兩個方面考察其對催化劑的催化活性的影響。采用TEM、HRTEM、XRD、Raman、FT-IR、UV-Vis DRS等表征手段對其進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：硼摻雜并沒有引起B(yǎng)i2O3晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，樣品以單一的α-Bi2O3形式存在，但Bi4B2O9的生成在一定程度上抑制了晶體的生長，進(jìn)而促進(jìn)了電子-空穴的有效分離，提升了光催化活性。灼燒時間也不會改變Bi2O3的晶體結(jié)構(gòu)，但是能夠影響B(tài)i4B2O9的生成，促進(jìn)晶體的

4、生長，使催化劑的顆粒增大，影響催化劑的催化效果。當(dāng)n(B):n(Bi)=0.08時500℃煅燒1h樣品的光催化活性最大。
　　（2）采用溶膠-凝膠法制備了Nd3+摻雜改性的Bi2O3光催化劑，分別從Nd的摻量和燒結(jié)時間兩個方面考察其對催化劑的催化活性的影響。采用TEM、SAED、XRD、Raman、FT-IR、UV-Vis DRS等表征手段對其進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：Nd與Bi的比例、灼燒時間對光催化劑的晶系、光吸收性能等有一定影

5、響。最佳制備條件為 n(Nd):n(Bi)=0.01，煅燒溫度為500℃，灼燒時間1 h。最佳制備條件下的樣品為四方晶系β-Bi2O3，吸收邊帶約600 nm，禁帶寬度2.45 eV，經(jīng)過4h可見光光催化反應(yīng)，對甲基橙的降解率高達(dá)89.7％。
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備了B摻雜改性的Nd-Bi2O3光催化劑，從B的摻量考察其對Nd-Bi2O3催化劑的催化活性的影響。采用TEM、SAED、XRD、Raman、FT-IR、UV-V

6、is DRS等表征手段對其進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：硼、釹共摻雜的氧化鉍樣品由單一的單斜α-Bi2O3或單一的四方晶相β-Bi2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Bi2O3和β-Bi2O3共存的狀態(tài)，伴隨形成一系列的的復(fù)合氧化物與α-Bi2O3和β-Bi2O3形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)或固溶體結(jié)構(gòu)，從而抑制了樣品的晶粒生長與團(tuán)聚，有效的減小了樣品的晶粒尺寸，同時可以形成電子捕獲中心，有效的提高光催化活性。綜上，當(dāng)B摻雜量為2%時，在500℃煅燒1h的Nd-Bi2O3光催化