WO3/BiOBr复合催化剂的制备及其可见光催化活性研究

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光催化技术因其具有绿色、高效、能解决能源和环境污染问题的优势,成为当前的研究热点。研究发现,卤化氧铋BiOX(X=Cl,Br,I)是很有潜力的新型可见光响应的铋系可见光响应的催化剂,BiOX的层状结构,可以促进光生电子和空穴的分离。其中BiOBr被称为有前景的能在可见光响应的简单P型半导体催化材料,为了进一步提高其可见光催化活性,考虑将其与另一种传统窄带隙半导体催化剂WO3进行复合,通过复合,提高其光催化活性。本文采用一步水热合成法,以Bi(N03)3·5H2O、NaBr、H2WO4为原料,合成不同n(W):n(Br)的 WO3/BiOBr 复合催化剂,通过 XRD,SEM,TEM,UV-vis DRS,XPS,BET等表征手段对催化剂进行表征分析,以甲基橙为探针污染物,考察WO3/BiOBr催化剂的可见光催化活性,筛选最佳制备条件。研究复合催化剂对甲基橙、对硝基苯酚、曙红B的可见光催化活性,考察催化剂投加量、溶液pH值、盐等对可见光催化活性的影响,同时,考察了 WO3/BiOBr的重复使用性能。本论文研究结果表明:(1)前驱液pH=10.3,100 ℃水热反应6 h的条件下合成n(W):n(Br)=2%的WO3/BiOBr催化剂由于较窄的禁带宽度,较大的比表面和孔体积,光催化活性最好。与BiOBr相比,在同样的条件下对甲基橙的降解效果提高了 30.85%。(2)WO3/BiOBr催化剂对甲基橙的催化降解实验结果表明:溶液初始浓度为20 mg/L,pH为弱酸性条件下,加入2.0 g/L WO3/BiOBr催化剂,甲基橙的脱色率为99%以上;NaCl对甲基橙降解效果有一定的抑制作用;WO3/BiOBr复合催化剂具有较好的稳定性,重复使用4次后脱色率占初次使用的74.86%。(3)通过降解曙红B和对硝基苯酚,表明WO3/BiOBr具有良好的光催化活性。在3h光照后,催化剂投加量为3g/L时对硝基苯酚(浓度为20 mg/L)的脱色率为89.05%;在1h光照后,催化剂投加量为0.8g/L时,曙红B(浓度为20 mg/L)的脱色率为98.5%。且复合催化剂降解对硝基酚和曙红B都有较好的的稳定性及光降解活性。(4)甲基橙、曙红B和对硝基苯酚的可见光催化降解均符合一级反应动力学方程。本课题研究将进一步拓宽Bi系光催化剂的研究领域,研究成果对于难降解有机污染物的处理具有一定的理论指导和现实意义。
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