FeVO4新型光催化剂的制备及其性能研究
光催化剂因可利用清洁能源解决环境污染问题而成为研究的热点之一。FeVO4新型光催化剂因禁带宽度窄，具有磁性可回收利用及原料价格低廉等优点而引起研究学者的关注。 本课题采取软模板法制备三斜型FeVO4光催化剂。研究模板剂和工艺条件对FeVO4光催化剂晶型、形貌及光催化的影响。采用X射线衍射仪、热场发射扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱等测试手段对样品进行表征。以可见光下降解亚甲基蓝(MB)实验评定FeVO4光催化性能。具体结果如下: 1.探讨模板剂的种类对FeVO4光催化剂性能的影响。选用的模板剂有螯合剂EDTA，阴离子表面活性剂SDBS和SDS，阳离子表面活性剂CTAB及高分子有机聚合物PEG和PVP。实验发现，以SDBS为模板剂制备的FeVO4光催化剂性能最好。因加入模板剂SDBS后，FeVO4晶体由表面光滑的棒状结构变为表面有许多小孔的棒状结构。再者，在催化剂煅烧过程中，SDBS可夺取催化剂中的氧形成氧空穴位，有效地抑制光生电子-空穴对复合，提高光催化活性。以SDBS为模板制备样品对MB的光降解率比用其他模板剂制备样品对MB的光降解率最高多出2.9倍。 2.通过单因素实验研究工艺条件对FeVO4光催化剂的影响。对水热时间、水热温度、水热pH值、SDBS添加量、煅烧时间及煅烧温度等因素进行单因素实验。单因素实验表明:对水热时间、水热温度、煅烧时间及煅烧温度影响FeVO4晶体的晶型、结晶度和纯净度。FeVO4晶体的形貌可通过改变SDBS添加量来调控。当水热时间48 h，水热温度180℃，n(NH4VO3)∶n(SDBS)=1∶0.50，前驱液pH值3～4之间，500℃下热处理5h时，是制备FeVO4的最适宜条件。光催化实验中FeVO4的最佳添加量为0.03 g。最适宜制备条件下，FeVO4的对MB溶液的光催化降解率可达到81.25％。 3.为了进一步提高FeVO4的光催性能，设计正交实验。根据单因素的实验结果，选取4个重要的因素即水热时间、水热温度、SDBS添加量及煅烧时间，然后每个因素分别选取4个适宜的水平进行正交实验。由极差分析得，水热温度的影响作用最大，水热时间次之，接着煅烧时间的作用大于SDBS添加量的作用。最佳制备条件为:n(NH4VO3)∶n(SDBS)=1∶0.65，前驱液pH值3～4之间，180℃水热40 h，500℃煅烧4.5 h。最佳条件制备的样品对MB溶液的光催化降解率为91.38％。 4.对样品进行测试表征和光催化原理分析。由XRD测试可知，FeVO4样品的晶型是三斜型，该晶型具有光催化活性。通过SEM分析发现晶体主要呈棒状且表面有许多孔，能吸附更多的MB分子。经UV-vsi表征可知，样品的吸收阀约在495 nm处，对可见光有较强的吸收能力;禁带宽度为2.16 eV，意味着激发光电子跃迁所需要的能量小，光生电子-空穴对易生成，光催化反应易发生。通过PL测试发现样品最大发射波长为536.5nm，在490～620nm波长范围内的整体的荧光效果均较弱，则光生电子-空穴对的复合速率慢，光催化效果强。FeVO4样品对MB溶液的光催化降解率由最低7.69％提升至最高91.38％。
光催化剂;钒酸铁;软模板法;光催化性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘伟
2017
中文
TQ426.6
87
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）