钒酸铋的改性及其光催化性能研究

作     者：于欣鑫 

作者单位：大连工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张秀芳

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）] 08[工学] 

主      题：钒酸铋 形貌调控 金属氧化物负载 光催化作用 罗丹明B 

摘      要：近年来,纺织行业飞速发展的同时,环境问题也日益严重,大量纺织废水排出,对环境和人类健康造成严重危害。光催化技术在科研工作者的不懈努力下已经趋于成熟,并受到越来越多人的关注。由于传统的光催化剂其带隙较宽,光生电荷复合率较高等因素,严重影响了光催化降解效率。BiVO的带隙约为2.4 e V且具有较高的可见光响应能力、成本低等优点,广泛应用于废水中染料的光催化。但是能量利用率较低,光生电子-空穴复合率高等不足仍然是BiVO的不足,为克服以上缺点,做了如下研究:本文主要研究BiVO的形貌调控以及合成,以此为基准进行金属氧化物表面修饰,对改性的BiVO的光催化应用进行测试,选择降解染料废水并进行了详细的分析,本文主要分成三个部分:(1)对BiVO进行形貌调控,采用水热法,通过改变溶剂种类和表面活性剂用量等变量制备了3种不同形貌的BiVO。增大光催化剂的比表面积可以加速后续的表面反应,为氧的活化还原提供更多的表面活性位点,本实验分别对3种不同的形貌进行了光催化性能的研究,结果表示,药片状钒酸铋光催化降解能力最强,3h内在全光谱和可见光谱下的光催化降解效率分别为100%和63%,球状BiVO和立方体状BiVO在全光谱下的降解效率分别为68%和39%,在可见光下的降解效率分别为29%和19%。(2)近年来金属氧化物负载光催化剂成为一个研究热点。在BiVO表面负载AgO可以有效抑制光生电子-空穴复合,本实验选择在纯相BiVO表面上负载AgO,测试不同负载量的AgO对于光催化剂性能的影响。改性后的光催化剂可以促进BiVO表面光生电子-空穴对的运输,降低了光生电子-空穴的复合率。相比于纯相BiVO,AgO/BiVO光催化剂对于光催化降解RhB染料展现出了更有效的光催化能力。结果表明,AgO/BiVO光催化剂对污染物的降解率提高了20%。(3)由于贵金属资源稀缺且材料成本较高,我们选择其他金属氧化物来替代贵金属氧化物,达到提高光催化活性的目的。廉价的过渡金属氧化物已被证明可作为良好的负载金属氧化物,增强可见光吸收,促进BiVO表面电子空穴对的运输,降低了光生电子-空穴的复合率。因此本实验中运用Cu O负载药片状BiVO,测试负载不同量Cu O对于催化剂性能的影响,并对其进行光催化性能测试。结果表示,Cu O/BiVO光催化剂对RhB的降解效率约为60%,相比纯相BiVO来说,改性后的光催化剂对污染物的降解率提高了30%。