BiVO4光催化剂的制备及其性能研究

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近年来,由于抗生素的广泛使用以及废弃抗生素药物的不合理处置等,水体中的抗生素对人类健康和生态系统造成了严重威胁。因此,采用高效安全的技术来解决抗生素对水体的污染变得极为重要。作为高级氧化技术中极具潜力的一类技术,光催化氧化具有成本低、效率高、无污染等优点,在水污染处理中表现出良好的应用前景。钒酸铋(Bi VO4)是一种可见光响应型半导体光催化剂,能够降解废水中难降解的有机物,以达到净化水体的目的。Bi VO4的光催化活性主要受晶相结构、尺寸大小、比表面积以及形貌结构等因素的影响。目前,利用表面活性剂辅助制备形貌规整、尺寸均一、光催化性能良好的Bi VO4样品已经成为了一个研究热点。本论文分别利用三种不同的表面活性剂,辅助制备了具有特定形貌的Bi VO4样品,从而改善其光催化性能。用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis等对制得样品的各种性能进行表征,以强力霉素为降解目标测定样品的光催化活性,并探讨其降解动力学行为。主要研究结果如下:(1)采用乙二胺四乙酸(EDTA)辅助溶剂热合成法,以水-异丙醇混合溶液作为反应溶剂,制备得到了多孔椭球形Bi VO4。表征结果显示:所有样品全部为单斜白钨矿Bi VO4;产物的形貌结构受EDTA的添加量和溶剂热反应时间的影响,当EDTA的添加量为1.0 g,反应时间为16 h时,得到了多孔椭球形Bi VO4,且禁带宽度为2.38 e V,相对最小;以强力霉素为降解目标,多孔椭球形Bi VO4对其降解率为88.97%,且符合一级反应动力学模型。(2)采用山梨醇酐硬脂酸酯(Span60)辅助水热合成法,通过控制Span60的添加量制备出一系列的Bi VO4微球。表征结果显示:所有样品全部为单斜白钨矿Bi VO4;产物的形貌结构受Span60的添加量和溶剂热反应时间的影响,当Span60的添加量为2.5 g,反应时间为6 h时,Bi VO4的尺寸、形貌最为均一,且禁带宽度为2.37 e V,相对最小;以强力霉素为降解目标,Bi VO4微球对其降解率为90%,且符合一级反应动力学模型。(3)采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助水热合成法,通过控制PVP的添加量制备了两面凹陷多孔Bi VO4微球。表征结果显示:所有样品全部为单斜白钨矿Bi VO4;产物的形貌结构受PVP的添加量和溶剂热反应时间的影响,当PVP的添加量为1.0 g,反应时间为16 h时,产物为具有凹陷结构的Bi VO4微球,且禁带宽度为2.38 e V,相对最小;以强力霉素为降解目标,两面凹陷多孔Bi VO4微球对其降解率为94.86%,且符合一级反应动力学模型。
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