Bi2WO6光催化剂的改性制备及其性能研究

作     者：单馨瑶 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高彦华

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：Bi2WO6 改性 RhB降解 可见光催化 

摘      要：光催化技术作为能够解决水环境污染的一项新型技术近年来受到了研究者的广泛关注。钙钛矿片层结构的钨酸铋(BiWO)光催化剂带隙宽度适宜约为2.7 e V,能够很好的利用太阳光且具有良好的稳定性,因此展现出了广泛的工业应用前景。与此同时,在应用的过程中BiWO光催化剂存在着光响应能力不高,光生载流子极容易复合等问题,这限制了其在工业领域的发展。本论文通过形貌调控、离子掺杂、半导体复合的手段对BiWO光催化剂进行改性以提高其可见光下降解染料废水中罗丹明B(Rh B)的光催化效率,并通过一系列表征手段对制备出的样品形貌结构及光催化性能进行了分析,这对于我国解决日益严重的水污染问题具有着重要的意义。本论文对BiWO光催化剂进行改性研究的主要内容及结论如下:1.使用无机卤素盐(KF、KCl、KBr、KI)和表面活性剂(PVP、CTAB、SDS、SDBS)对BiWO光催化剂进行改性,并通过XRD、SEM、BET的表征手段对所制备的光催化剂的形貌和结构进行了分析,最后通过可见光降解Rh B的实验评价了改性前后光催化剂的光催化活性。光催化降解实验结果表明,在一定时间内通过这四种无机卤素盐和四种表面活性剂改性的BiWO光催化剂的光催化活性与改性之前相比均有明显的提高。同时,一系列表征分析结果表明改性过程中无机卤素盐的加入会使得改性之后的BiWO光催化剂呈现出纳米薄片堆积结构,比表面积明显增大。改性过程中表面活性剂的加入会使得改性后的样品形貌更加均匀,并且表面活性剂能很好的发挥其空间限域作用,控制纳米材料的尺寸。2.首次采用简单的一步溶剂热法利用KCl与PVP在溶剂中产生游离的阴阳离子之间的静电吸附作用合成了大比表面积的空心球状含氯BiWO纳米光催化剂,与块状、纳米颗粒、纳米片、花状和多孔等结构相比空心球状光催化剂具有着更加优异的光催化性能。同时,EDS和XPS的表征结果证明了空心球状BiWO光催化剂晶格中Cl的成功引入,Cl的成功引入使得光催化剂的光生电子-空穴的复合效率降低,进一步提高了BiWO光催化剂的光催化活性。光催化降解实验结果表明,60 min内改性后的空心球状Cl-BiWO光催化剂光催化降解效率与改性前未加KCl与PVP时所制得的BiWO光催化剂相比提高了12%且稳定性良好。本章的研究为一步法快速合成特殊形态和高活性的BiWO光催化剂提供了一种简单、有效且广泛适用的新方法。3.以Cl-BiWO为研究对象,通过复合石墨相氮化碳(g-CN)来提高Cl-BiWO光催化剂的光催化性能。在本章的研究中,首先采用改进的超声剥离法制备出了厚度为8 nm左右超薄的g-CN纳米片,然后将大比表面积的超薄g-CN纳米片作为载体与Cl-BiWO复合形成有利于光生电子-空穴得到有效分离的Z型异质结构复合光催化剂,并通过XRD、TEM、FTIR、XPS、UV-Vis DRS、BET等表征手段对制备出的Cl-BiWO/g-CN复合光催化剂的相关性质进行了表征和讨论。可见光下降解Rh B的实验结果表明,Z型Cl-BiWO/g-CN异质结构复合光催化剂与Cl-BiWO相比光催化活性有了进一步地提高。同时,当g-CN的复合量为60%,催化剂投加量为2 g/L时,复合光催化剂的降解率在40 min内就可以达到99.2%。又通过自由基捕获实验证明了制备出的复合光催化剂在降解罗丹明B的过程中的主要活性物种为·O和·OH并提出了可能的光催化机理。