电纺纳米纤维负载BiOBr基光催化剂的制备及其光催化降解罗丹明B的性能研究

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罗丹明B(RhB)作为一种典型的人工合成染料,常规的废水处理方法一般无法将其完全去除,从而使排入水体的RhB在环境中不断积聚,对生态环境造成严重影响。光催化法因具有处理效果好,操作简单,经济效益好,无二次污染等优点,在去除RhB方面深受欢迎。光催化剂的性能是决定该方法有效与否的关键条件,开发新型高效的光催化剂一直以来是国内外学者研究有机物污染废水治理的热点。Bi OBr拥有的良好稳定性和可见光催化活性使其在有机染料降解领域具有潜在应用价值。但在实际水处理应用中,粉末状的Bi OBr存在容易团聚,难以分离及回收利用等缺点。为了改善上述缺点,本论文将Bi OBr负载在电纺纳米纤维上,成功制备了自支撑的Bi OBr基纳米纤维膜光催化材料;并将其应用于水相中的RhB的光催化降解,探讨了光催化活性及相应的光催化机理。主要研究结果如下:(1)以PVA/SiO2电纺纳米纤维膜为基底,通过溶剂热法在其表面负载Bi OBr晶体,构筑了PVA/SiO2@Bi OBr纤维膜材料,研究了材料对水相中RhB的光催化性能。结果表明,PVA/SiO2电纺纳米纤维含有未交联的-OH官能团,可以为Bi OBr晶体的生长提供成核位点,从而提高晶体负载率,在纤维表面获得均匀致密的Bi OBr膜。PVA/SiO2@Bi OBr纤维膜在可见光下拥有良好的光吸收能力,与粉末Bi OBr相比,带隙减小,可以更好吸收利用可见光,光催化活性有了显著提升,在可见光下对模拟污染物RhB的光催化反应速率对比单纯的Bi OBr提升了2.1倍。此外,PVA/SiO2@Bi OBr纤维膜具有良好的回收性和重复利用性,3次循环后,对RhB的光催化降解率下降程度不到10%。自由基淬灭实验证明,PVA/SiO2@Bi OBr复合膜在光催化过程中起主要作用的是光生电子和·O2-。(2)以PVA/SiO2电纺纳米纤维膜为基底,在纤维表面通过溶剂热法一步生长掺杂不定型Ti O2的Bi OBr,得到PVA/SiO2@TB复合纤维膜。掺杂不定型Ti O2后Bi OBr晶体未被破坏,在纤维膜上负载均匀,负载率更高。且PVA/SiO2@TB复合膜在可见光下拥有良好的光吸收能力,与PVA/SiO2@Bi OBr纤维膜相比,由于带隙减小的原因,可以更好吸收利用可见光。将制备的PVA/SiO2@TB纤维膜用于光催化降解水相中的RhB,结果表明,Ti的添加量影响了纤维膜在水体中的光催化活性,当T:B(Ti与Bi摩尔比)=0.75:1时,样品的光催化活性最高,且明显高于粉末状的TB,其光催化速率是粉末TB的3.4倍。在PVA/SiO2@TB复合膜的光催化过程中起主要作用的是·OH和·O2-,说明掺杂Ti O2后,有效抑制光生电子和空穴的复合。循环利用实验表明PVA/SiO2@TB复合膜拥有很好的重复利用性。
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