BiVO4新型光催化剂的制备及性能研究
新型BiVO4光催化剂因其无毒，能在可见光下响应降解有机物而备受关注。本课题通过水热制备的方法，采用NH4VO3和Bi(NO3)3·5H2O和来作为原料，乙二胺四乙酸(EDTA)作为添加剂制备出了单斜型BiVO4。通过单因素实验考察了水热温度、pH、水热时间和EDTA的添加量对催化剂催化性能的影响。用亚甲基蓝(MB)作为模拟的染料废水，得到制备催化剂的适宜条件为:水热温度170℃，pH7.0，水热时间4h，Bi和EDTA的摩尔比1∶0.5。上述制备条件下的0.1000g BiVO4降解100mL浓度为5mg/L的MB，5h内MB的脱色率为91.92％。分别对上述实验中的样品进行了XRD、SEM和UV-vis分析，对催化剂晶型、形貌以及能带宽度（Eg）对催化剂催化性能的影响进行了探讨。 根据单因素实验的结果选择上述4个因素做了4因素4水平的16组正交实验，正交实验中得到光催化剂的最佳制备方案为水热温度170℃，水热时间4h，溶液pH5.5，Bi和EDTA的摩尔比1∶0.55。上述条件下制备的BiVO4催化剂样品5h内对MB的脱色率为92.20％。根据极差分析得到了4个因素对BiVO4光催化剂催化效果影响程度的排序。4个因素的影响从大到小排序为:水热温度＞Bi和EDTA的配比＞水热时间＞溶液pH值。通过极差分析计算优化了制备催化剂的条件:水热温度180℃，水热时间4h，溶液pH7.5，Bi和EDTA的摩尔比1∶0.55。通过3次重复实验，得到此条件下制得的催化剂样品对MB溶液的脱色率均值为92.78％。与正交实验方案中所得的最优方案相比较，极差分析所得方案对MB的脱色率大于正交实验方案中所得的最优方案。本实验的最佳实验方案为:水热温度180℃，水热时间4h，溶液pH7.5，Bi和EDTA的摩尔比1∶0.55。通过对上述两组方案中样品进行SEM、XRD和UV-vis表征测试，进一步证明了实验的可靠性。 在上述最佳实验方案的基础上对BiVO4进行金属离子掺杂和金属酞菁类化合物光敏改性。结果表明，两种改性方法都不会改变BiVO4的单斜白钨矿结构和通透介孔形貌。两种改性方法都能够使催化剂向可见光范围发生不同程度的红移，并且增强了对可见光的吸收，使催化剂的Eg降低，用金属酞菁类化合物光敏改性比金属离子掺杂改性后所获得的Eg更小。其中用0.20wt％的MnPc改性后的BiVO4Eg最小，为2.40 eV。并且对MB的脱色率最大，5h内MB的脱色率为98.42％。用酞菁类化合物对BiVO4进行改性方法简单，效果明显。
水热法;通透介孔;光催化剂;光敏改性
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘伟
2015
中文
O643.36
92
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）