磁性可见光响应光催化剂的制备及其光催化性能的研究

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光催化氧化是一种新型的高级水处理技术,具有能耗低、工艺简单、容易操作、无二次污染等优点,TiO2作为一种半导体光催化剂受到研究者的青睐,但是由于它的禁带宽度较宽,仅能吸收4%的太阳光,并且回收困难,严重限制了其使用。因此,学者们致力于对光催化剂进行改性或开发新型的可见光响应光催化剂的研究。本研究重点在于研究出形貌特殊并且具有较高的磁、光响应特性的光催化剂。本研究通过水热法制备了Fe3O4磁性颗粒。为了保护Fe3O4的磁性及稳定性,采用溶胶凝胶法在其表面包覆了SiO2层。采用水热法及溶胶凝胶法制备了Fe3O4@SiO2/Bi2SiO5、Fe3O4@SiO2@TiO2和Fe3O4@SiO2@TiO2@Bi2O3复合型光催化剂。通过XRD、SEM、IR、XPS、DRS对复合材料的形态、结构及光学性质进行表征。并分别在模拟太阳光和紫外光的照射下对活性艳红X-3B进行降解实验。分析复合材料的光催化性能。由分析可知,制备的Fe3O4和Fe3O4@SiO2均为球形纳米颗粒,形貌均一、分散均匀、平均粒径分别在200nm和240nm左右,具有很好的磁性,在外加磁场的条件下能够快速分离。在最佳条件下制备的Fe3O4@SiO2/Bi2SiO5光催化剂为麻绳形片状的编织物,结构比较规则,分散比较均一,此编织物由结构较为均匀的纳米片状物相互堆积,再编织到一起形成了长10-15μm、宽6-8μm、厚度为0.8-1μm的麻绳形片状的编织物,并且Fe3O4@SiO2纳米颗粒镶嵌在Bi2SiO5表面或者包覆在麻绳形片状的编织物Bi2SiO5内部。在可见光和紫外光照射下对活性艳红X-3B降解率分别为65.4%和99.6%。通过溶胶凝胶法制备了Fe3O4@SiO2@TiO2和Fe3O4@SiO2@TiO2@Bi2O3复合光催化剂均为球形纳米结构,并且形貌均一、分散均匀,平均粒径分别在300nm和350nm左右。Fe3O4@SiO2@TiO2@Bi2O3颗粒的表面更为圆滑。在可见光照射下,对活性艳红的平均降解率分别为56%和76.8%,在紫外光下几乎将活性艳红全部降解。重复实验表明,所制备的Fe3O4@SiO2/Bi2SiO5、 Fe3O4@SiO2@TiO2和Fe3O4@SiO2@TiO2@Bi2O3光催化剂都具有很高的稳定性和重复使用性。与纯TiO2相比均表现了更高的光催化活性。
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