磷酸银系列光催化降解RhB催化剂

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lilinchang0105
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磷酸银(Ag3PO4)具有带隙窄、量子产率比较高和光催化活性强的特点,因此在光催化降解染料中应用广泛。但Ag3PO4的稳定性比较差,重复使用性能比较差,为改善Ag3PO4的这些不足并且使磷酸银在光催化降解罗丹明B(Rh B)染料中效果更加好,对光的利用率更高,本文首先采取与KNb O3掺杂的方法来提高它的光催化活性以及重复使用性能,其次利用SBA-15作为载体来提高Ag3PO4的比表面积、光催化活性以及重复使用性能。并通过XRD、FTIR、UV-vis、N2吸附-脱附、SEM、PL、VB-XPS和XPS对催化剂进行表征,其研究结果如下:(1)对Ag3PO4掺杂改性可以调控能带间隙,通过在制备Ag3PO4的过程中加入KNb O3形成(X)KNb O3-Ag3PO4催化剂。由表征可知,(0.3%)KNb O3-Ag3PO4的吸收波长范围扩大,吸收峰强度也增加,增强了对紫外光的吸收,光吸收波长发生了蓝移,光生电子空穴复合的机率减少。通过Kubelka-Munk公式计算出Ag3PO4、KNb O3和(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂的禁带宽度,又通过VB-XPS确定了这3种催化剂的导带与价带的大概位置,并且探索了(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂表面元素状态。为考察催化剂的光催化性能,以紫外灯做为光源,催化剂用量为0.06g对100m L浓度为40mg/L的Rh B溶液进行光催化降解来考察(X)KNb O3-Ag3PO4催化剂的光催化性。研究KNb O3的最佳掺杂量,(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂在40min对Rh B的降解率可达到100%,确定KNb O3的最佳掺杂量为0.3%。对KNb O3、Ag3PO4以及(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂降解Rh B的数据做线性拟合,可以验证这3种催化剂光催化降解Rh B的反应过程均符合一级动力学,而(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂的活性最高,对Ag3PO4和(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂进行重复性实验,结果显示(0.3%)KNb O3-Ag3PO4催化剂的重复使用性能要高于Ag3PO4,重复第五次降解率仍然可达到80%以上,通过对(0.3%)KNb O3-Ag3PO4的捕获实验可以看出·O2-和h+为光催化降解体系中主要的活性物种,并且对KNb O3-Ag3PO4降解Rh B的反应进行机理分析。(2)以Ag3PO4为活性组分,SBA-15为载体,在SBA-15制备过程中将Ag3PO4引入,合成Ag3PO4/SBA-15催化剂。通过表征可知,该催化剂具有二维六方孔道结构,且介孔结构单一,保持SBA-15分子筛的麦穗形貌。Ag3PO4/SBA-15与Ag3PO4相比,经紫外光照后,光吸收波长发生蓝移,光生载流子增加,其氧化性能增强,Ag3PO4在反应中有效的比表面积增大了,因而(A)Ag3PO4/SBA-15的活性位点也增多,并且具有SBA-15的孔道。荧光光谱表征得知,20%Ag3PO4/SBA-15催化剂光生电子和空穴的复合机率最低,通过Kubelka-Munk公式计算出Ag3PO4/SBA-15与Ag3PO4的禁带宽度,利用VB-XPS确定了Ag3PO4/SBA-15与Ag3PO4的价带和导带大概位置。考察Ag3PO4/SBA-15催化剂的光催化降解Rh B性能,对Ag3PO4/SBA-15光催化降解Rh B效果进行了分析。分析结果表明,在催化剂用量为0.06g,Rh B浓度为100mg/L,溶液为100m L的条件下,反应80min降解率可达100%。明显高于Ag3PO4和SBA-15以及其它负载量的催化剂,证明20%Ag3PO4/SBA-15催化剂光催化性能相对较强。对Ag3PO4、20%Ag3PO4/SBA-15、SBA-15催化剂降解Rh B随时间变化的数据做线性拟合,可以验证这3种催化剂光催化降解Rh B的反应过程均符合一级动力学,并发现20%Ag3PO4/SBA-15的活性最高。对20%Ag3PO4/SBA-15和Ag3PO4催化剂降解Rh B反应做重复实验,发现重复进行5次后,降解率仍能保持在80%以上,20%Ag3PO4/SBA-15的重复使用性能要高于Ag3PO4的重复利用。对20%Ag3PO4/SBA-15催化剂捕获实验可以看出主要的活性组分是h+和·OH,并且对20%Ag3PO4/SBA-15催化剂降解Rh B反应做了机理分析。
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