含鉍復(fù)合氧化物的制備及可見光催化降解有毒有機(jī)污染物.pdf

1、環(huán)境污染和能源短缺是目前人類生存面臨的重大挑戰(zhàn)。光催化技術(shù)直接利用太陽光降解和礦化環(huán)境中各種污染物,且能夠光解水制氫。因此,光催化技術(shù)在環(huán)境治理和新能源開發(fā)方面具有廣闊的發(fā)展前景。典型的金屬氧化物TiO2由于其性質(zhì)穩(wěn)定,無毒,以及高效的光催化活性,無腐蝕性,可反復(fù)使用并將多種有機(jī)污染物完全礦化成無機(jī)離子和H2O,無二次污染等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。但TiO2帶隙較寬(Eg=3.2eV),無法直接利用太陽能等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了拓

2、展光催化劑的光響應(yīng)范圍和進(jìn)一步提高光催化效率,開發(fā)高效新型可見光催化材料成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。碳酸氧鉍Bi2O2CO3作為一類新型的Sillen層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合物,由于具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)型,有作為光催化劑的潛在可能性。同時(shí)通過制備介質(zhì)的可控條件的改變,而制備出具有高分散性,穩(wěn)定不易光解的無機(jī)納米材料CdS在可見光光催化方面也具有很好的優(yōu)勢(shì)。研究這些潛在可見光活性催化材料在中性pH環(huán)境下對(duì)有毒有機(jī)物的降解與礦化。
　　1.通

3、過實(shí)驗(yàn)建立了以尿素為碳酸根來源,加入非離子表面活性劑水熱制備Bi2O2CO3,并探討其光催化降解有機(jī)染料和無色小分子的性能,如下:水熱法制備得到塊狀Bi2O2CO3粉末,X射線衍射儀(X-ray diffraction,XRD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)Bi2O2CO3粉末進(jìn)行了初步表征。在可見光(λ≥420nm)照射條件下,以有機(jī)染料羅丹明B(Rhodamine B,RhB)和無色小分子水楊酸(salicylic acid,SA)光催化降

4、解試驗(yàn)為探針反應(yīng),經(jīng)聚乙二醇-6000修飾的Bi2O2CO3具有較高的光催化活性,對(duì)RhB和SA有較好的降解效果。通過分析紫外-可見光譜(UV-vis)、紅外光譜(FTIR)和總有機(jī)碳(TOC)測(cè)定,反應(yīng)35h后RhB和SA的礦化率分別達(dá)到72％和43％。同時(shí),采用辣根過氧化物酶(POD)、N,N-二乙基對(duì)苯二胺(DPD)分光光度法和苯甲酸熒光光度法分別測(cè)定了在降解過程中H2O2和羥基自由基(·OH)的變化,表明Bi2O2CO3/Vis

5、光催化機(jī)理涉及到·OH歷程。
　　2.選用草酸作為碳酸根源,設(shè)計(jì)不同的Bi/草酸摩爾比采用水熱法合成Bi2O2CO3,利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)Bi2O2CO3進(jìn)行了初步表征,結(jié)果表明不同的Bi/草酸摩爾比在水熱條件下會(huì)影響B(tài)i2O2CO3的結(jié)晶度,但不影響晶型。以有機(jī)染料羅丹明B(Rhodamine B,RhB)和無色小分子水楊酸(salicylic acid,SA)的可見光光催化實(shí)驗(yàn)為探針反應(yīng),發(fā)現(xiàn)

6、Bi/草酸摩爾比=1:3條件下制備所得到的Bi2O2CO3光催化活性最好。通過分析紫外-可見光譜(UV-vis)、紅外光譜(FTIR)和總有機(jī)碳(TOC)測(cè)定,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)35h后,RhB礦化率約達(dá)到40％。同時(shí),采用辣根過氧化物酶(POD)、N,N-二乙基對(duì)苯二胺(DPD)分光光度法和苯甲酸熒光光度法分別測(cè)定了在降解過程中H2O2和羥基自由基(·OH)的變化,表明Bi2O2CO3/Vis光催化機(jī)理涉及到·OH歷程。
　　3.分別以乙

7、醇、異丙醇和正丁醇為溶劑介質(zhì),在水熱條件下制備得到,考察了水熱反應(yīng)的溫度和時(shí)間等因素對(duì)Bi2O2CO3粉體光催化活性的影響。采用XRD、SEM對(duì)制備的TiO2進(jìn)行初步表征,并結(jié)合光催化(λ≥420 nm)降解有機(jī)染料的光活性探針反應(yīng),結(jié)果表明水熱溫度為200℃,時(shí)間為14 h時(shí)可制得具有較高光催化活性的Bi2O2CO3粉體。光催化實(shí)驗(yàn)中跟蹤研究了染料羅丹明B(Rhodamine B,RhB)和無色小分子水楊酸(salicylic aci

8、d,SA)體系的氧化物種。
　　4.采用在CTMAB/正丁醇/正庚烷/水四元反相膠束介質(zhì)體系中直接沉淀法制備納米CdS。在可見光照射下,以CdS活化分子氧光催化降解孔雀綠(Malachite green,MG)為探針反應(yīng),探討了反相膠束介質(zhì)體系不同水量對(duì)制備的納米CdS光催化活性影響,確定最佳水量ω([H2O]/[表面活性劑])為25時(shí),納米CdS光催化活性最高。利用X-射線衍射儀(XRD)對(duì)CdS的晶型和尺寸進(jìn)行了初步表征,結(jié)果

9、顯示,反相膠束法和直接沉淀法制備的CdS均為立方閃鋅礦型,水量25的CdS平均粒徑約為9nm。采用循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)交流阻抗法(EIS)研究了納米CdS修飾電極的電化學(xué)行為。以CdS可見光激發(fā)催化降解MG,通過分析紫外-可見光譜(UV-Vis)、紅外光譜(FTIR)和總有機(jī)碳(TOC)的測(cè)定,以水量25制備的CdS中性條件下在70min內(nèi)可以使MG褪色完全,反應(yīng)30h后MG的礦化率達(dá)到50％以上。同時(shí)跟蹤測(cè)定了在降解過程中H2O