钨钼酸铋光催化剂的合成及其性能研究

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在经济信息大爆炸的时代,环境问题日益严重。水体污染作为世界范围内最主要的问题之一,引起了广泛关注。研究人员们一直寻求一种有效的方法,能高效、廉价、绿色的解决这一问题,直到光催化技术出现在人们的视野中。光催化技术可以利用半导体材料直接将光能转化为化学能,用于降解空气和水体中的有机污染物,且不造成二次污染,被公认为是一种具有极大发展前景的环境治理技术。以Bi2WO6为代表的Bi系光催化剂作为一种新型光催化材料,具备无毒、较好的可见光响应能力、不存在光腐蚀现象等优点,但其光生载流子寿命短,电子和空穴在表面直接复合几率大,直接影响了其光催化活性。在本研究中,希望制备出一种新型高效的复合光催化剂,通过在可见光下降解罗丹明B染料废水来考察催化剂的可见光催化活性,并通过XRD、SEM、EDS、XPS、BET等表征技术分析其晶型、形貌、表面特性,并通过UV-VisDRS对其光学特征进行探究,最后对其光催化机理进行了简单探讨。本文主要研究内容如下:1、用一步水热法制备出了 B2MoxW1-xO6可见光催化剂,确定了最佳Mo/W物质的量之比的基础上考察了前驱液pH对催化剂形貌和性能的影响。结果表明,当前驱液pH为5,获得了 Bi2Mo0.25W0.75O6光催化剂,表现出由纳米片自组装形成的类花球状结构,该种结构具有较大的比表面积(24.834m2/g),通过UV-VisDRS测试知该新型光催化剂在可见光范围内有较好的响应,能带宽度约为2.63eV,在可见光驱动下能高效地降解有机污染物,在120min内对罗丹明B的降解率可达到86.2%,其可见光催化降解反应符合动力学假一级反应模型,反应速率常数约为纯Bi2MoO6的四倍。经过5次循环使用后发现,Bi2Mo0.25W0.7506新型可见光催化剂具有较好的化学稳定性。2、在制备出Bi2Mo0.25W0.75O6光催化剂的基础上,为了进一步提高其光催化活性,选取了 B2O3复合的手段。通过调节水热反应前驱液中Bi与Mo、W的摩尔比控制了复合光催化剂中Bi2O3的含量,焙烧后获得结晶度良好的Bi2O3-Bi2Mo0.25W0.75O6光催化剂,发现当Bi2O3:Bi2Mo0.25W0.75O6=1:3时获得最佳的光催化反应效率。通过调整焙烧温度发现当温度过高(T≥600℃时,催化剂结构会被破坏,花球状结构坍塌破裂,纳米片团聚,比表面积减小,选取最佳焙烧温度为400℃。3、探究了 Bi2O3-Bi2Mo0.25W0.75O6光催化剂的反应机理,其活性增强的主要原因是Bi2O3的复合有利于光生电子和空穴的分离,抑制了二者在催化剂表面的再复合,实现了电荷分离的稳定。4、通过改变罗丹明B有机废水的初始浓度、pH和将目标污染物改为亚甲基蓝来测试新型Bi2O3-Bi2Mo0.25W0.75O6光催化剂的反应条件对光催化活性的影响及其广谱性,其对亚甲基蓝表现出良好的光催化活性,说明该光催化剂对有机污染物有较普遍的降解。
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