BiVO4及其复合催化剂的制备和光催化性能研究
光催化氧化是一种环保节约的新技术，能有效地解决染料废水的问题。其中，BiVO4因其具有无毒、降解率高、价廉和稳定性好等优点，得到广泛的应用，但存在着光电子和空穴容易复合，吸附性能不好以及回收处理比较难等问题。本文通过水热法和改变前驱液pH对BiVO4进行微结构调控，运用浸渍-煅烧法合成CuO/BiVO4复合光催化剂，运用两步法（水热法和化学沉积法）合成AgX(Br、I)/BiVO4光催化剂。通过XRD、SEM、XPS、PL、UV-DRS等方法对光催化剂的结构和性能进行讨论，研究了光催化剂对亚甲基蓝（或者酸性橙7）等染料的降解效果。利用Guassian理论计算，初步探讨了复合光催化剂与染料之间的相互作用关系。研究内容包括： （1）通过简单的合成手段（水热法）以及反应条件（改变前驱液pH）对BiVO4进行微结构调控。测试结果表明BiVO4的晶型和结构会随着前驱液pH的改变而变化。当前驱液pH发生改变时，催化剂BiVO4的禁带能级结构、比表面积以及表面电荷也随着发生改变。在可见光下，制备的光催化剂BiVO4对酸性橙7有较好的降解能力。其中，当调节前驱液pH为5时，制备的BiVO4样品活性最好。在可见光下光照120min，对酸性橙7的降解率达到了89.05%。这是由于前驱液pH=5时，光催化剂BiVO4表面带正电荷，提高了与酸性橙7的吸附能力。 （2）在可见光下，BiVO4对酸性红18、酸性红27、酸性红66三种偶氮染料有很好的催化降解能力。结果显示在可见光下光催化剂BiVO4对酸性红66的降解效果最好（降解率分别为32.40%、54.16%和81.22%）。通过密度泛函理论（DFT）计算三种偶氮染料分子的总能量、前线分子的轨道和表面静电势研究发现，酸性红18、酸性红27、酸性红66的化学稳定性顺序大小为酸性红66＜酸红27＜酸红18。这表明BiVO4对染料的降解性能与降解物的化学稳定性有关，降解物越稳定，降解效果也就越差。 （3）通过水热法和浸渍——煅烧法两个步骤制备出CuO/BiVO4复合光催化剂。通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析表明CuO成功掺杂到BiVO4中，并且对BiVO4晶体没有任何影响，而是继续保持单斜型。荧光光谱（PL）和紫外可见漫反射（UV-DRS）结果显示CuO的掺杂使得复合光催化剂光响应范围增加，光电子以及空穴的复合受到了阻碍。在可见光下，通过催化降解污染源（亚甲基蓝，MB）实验结果表明CuO掺杂量对CuO/BiVO4的光催化的性能有影响。当CuO掺入量为1.0wt%时，CuO/BiVO4的光催化性能最好。在可见下反应40min后，其对亚甲基蓝的降解率为95.36%，比纯BiVO4的提高了20.44%。此外，CuO/BiVO4光催化剂可以重复使用。 （4）通过水热法合成BiVO4光催化剂，然后通过化学沉积方法制备了Ag-X(Br、I)/BiVO4复合光催化剂。XRD结果表明Ag-X(Br、I)的掺杂并没有改变BiVO4的晶型结构，两者形成复合半导体。荧光光谱（PL）和紫外可见漫反射（UV-DRS）反映了Ag-X(Br、I)/BiVO4复合光催化剂有效的分离了光电子和空穴，并且也增大了光响应范围。在可见光下，通过对染料污染源（酸性橙7）的降解发现Ag-X(Br、I)的掺杂大大提高了降解率，其中AgBr/BiVO4复合催化剂的催化性能最好。可见光光照80min，其对酸性橙7的降解率达到了92.96%。在光照中，Ag-X(Br、I)被部分还原成Ag0，与Ag-X(Br、I)形成共振效应，进一步有效地分离了光电子和空穴，极大地促进了其对酸性橙7的光降解能力。
BiVO4光催化剂;光催化;水热法;染料废水
武汉纺织大学
硕士
纺织化学与染整工程
Felix.Y.Telegin
2016
中文
X703
2020-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）