钒酸铋基催化剂的制备及吸附光催化性能研究

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采用低温固相法、微波辅助固相法和微波水热法制备了BiVO4催化剂,通过与g-C3N4、GO复合制备了BiVO4基复合催化剂,并使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、比表面积测定(BET)、傅立叶变换红外(FT-IR)等手段对催化剂进行了物化性质表征。以亚甲基蓝(MB)的脱除为模型,对催化剂的吸附性能和光催化性能进行了测定。并考察了p H值、无机离子等对催化剂性能的影响。对低温固相法、微波辅助固相法和微波水热法合成的系列BiVO4的晶型形貌及吸附光催化性能进行对比。最后研究了BiVO4基复合催化剂的吸附及光催化性能,讨论了p H值、MB初始浓度等因素的影响。结果表明:(1)低温固相法制备BiVO4:(1)当研磨时间较短,所制得的BiVO4为单斜晶系白钨矿型结构的晶体,研磨时间延长后,BiVO4晶体中出现了四方锆石相结构。随着烘干温度的升高,BiVO4样品的形貌由不规则的长条形逐渐发展为类球型;延长研磨时间有利于获得光吸收性能较好的样品。(2)干燥温度为100℃、研磨时间为10 min的样品具有较强的光催化活性;(3)当反应条件为MB浓度10 mg/L,催化剂浓度1 g/L,25℃,p H=7,反应60 min,MB残存率仅为5.8%;(2)微波固相法制备BiVO4:(1)微波固相法制备的BiVO4是单斜相和四方相混合结构;(2)当吸附条件为:MB初始浓度10 mg/L,催化剂浓度1 g/L,25℃,p H=7,吸附30 min后,MB残存率为46.2%;(3)反应条件为:MB初始浓度10 mg/L,催化剂浓度1 g/L,25℃,p H=7,反应60 min后,MB残存率为14.8%。(3)微波水热法制备BiVO4:(1)无配位剂时,微波水热法合成的BiVO4为单斜相结构,加入配位剂所制备的BiVO4均为单斜相和四方相的混相结构;(2)以十六烷基三甲基溴化铵为配位剂制备的BiVO4,当吸附条件为:MB初始浓度10 mg/L,催化剂浓度1 g/L,25℃,p H=7,吸附30 min后,MB残存率为76.8%,30 min后达到吸附脱附平衡;当反应条件为:MB初始浓度10 mg/L,催化剂浓度2 g/L,25℃,p H=7,MB初始浓度10 mg/L,催化剂浓度1 g/L,25℃,p H=7,反应90 min后,MB残存率为62.6%。(4)采用不同的方法制备的BiVO4,其中微波固相法制备的BiVO4具有较强的吸附性能,低温固相法制备的BiVO4具有较强的光催化性能。(5)与BiVO4、BiVO4-C3N4相比,复合催化剂BiVO4-C3N4-GO具有更强的光催化活性。对其吸附性能和光催化性能的考察结果表明,随着p H的升高,吸附性能逐渐增强,而当p H=9时,催化剂的光催化活性最佳。
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