HSn0.25CsPW/TiO2复合材料的制备及其光催化性能研究

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本文采用水热法制备了锡取代的磷钨酸铯盐,并用TiO2作为载体制备了HSn0.25CsPW/TiO2的新型复合物。通过SEM-EDS、BET、XRD、UV-vis吸收光谱和EIS等方法对所制备的催化剂的形貌、尺寸、表面积和光电化学性质进行了表征分析。以四环素和农药乐果为目标污染物,分别研究了HSn0.25CsPW和HSn0.25CsPW/TiO2对污染物的光催化去除和降解效果。对催化剂的催化活性、反应影响因素、光催化氧化机理、回收利用性能及污染物光催化反应动力学进行了研究。具体研究结果如下:(1)所制备的复合光催化材料具有如下特点:HSn0.25CsPW/P25复合材料呈纳米级的小球,粒径分布均匀,表观粒径为28 nm左右。其中HSn0.25CsPW为Keggin结构,TiO2为锐钛矿和金红石的混晶,晶粒尺寸为17.71 nm。HSn0.25CsPW复合后催化剂的BET表面积为76.26 m2 g-1,平均孔直径为0.523 nm。由于磷钨酸盐的掺杂,复合光催化剂的带隙能降低(禁带宽度为2.87 eV),其紫外可见光吸收在带边位置发生红移,可吸收部分可见光。复合光催化剂的奈奎斯特曲线圆弧半径更小,电荷传递阻力较低,光生电子转移速率更快,展现更加优越的光电化学性能,具有更高的光学活性。(2)通过水热法制备了Sn4+取代的磷钨酸铯盐光催化剂,光催化氧化四环素实验显示该催化剂具有很好的光催化降解活性。Sn4+的掺杂量,催化剂的投加量、溶液的初始浓度和pH值等都是影响光催化降解效果的重要因素。当催化剂HSn0.25CsPW加入量为50 mg,溶液初始pH=3.5,四环素溶液的初始浓度为50 mg/L时,紫外光光照2.5h的效果最佳,去除率为93.3%。HSn0.25CsPW光催化降解四环素的降解过程符合一级动力学反应,其一级反应动力学方程为ln(C0/Ct)=0.7023t。HSn0.25CsPW对四环素循环使用五次后的光氧化去除率仍可达到80%以上。(3)在紫外光照射下,HSn0.25CsPW/P25复合材料的乐果降解率(93%)比P25(72%)高出21%。HSn0.25CsPW对HSn0.25CsPW/P25光催化活性的提高起到了关键作用,增加了紫外光吸收,改善了电荷转移过程,减缓了电子空穴复合速率。研究了实验参数对降解效果的影响,包括HSn0.25CsPW负载量、催化剂浓度和乐果浓度。发现发挥最佳协同作用HSn0.25CsPW的掺杂率为38%。这种新型复合物可以方便地回收和重复使用数次,而降解率几乎没有变化。
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