Bi4O5I2基复合光催化剂的制备及其降解酚类污染物的性能研究

作     者：李凤丽 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱宝存;孙蒙;郑显鹏

授予年度：2023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] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：复合光催化剂 酚类污染物 光催化 催化降解 异质结 

摘      要：环境污染问题一直是人类亟待解决的难题,水体也遭受大量污染,光催化降解水中污染物的技术因其产物无毒、经济环保、无二次污染等优点引起广泛关注。利用太阳能作为光源激活光催化剂,其产生的活性物质将水中多种有机污染物降解成CO,HO等无害小分子,且其结构简单且操作容易控制。所以,光催化技术在处理水中污染物方面有着非常广阔的应用前景。尽管光催化技术在降解水中的污染物方面优势非常突出,但在实际应用中依然存在一些局限,如单一光催化材料往往具有可见光吸收能力差,氧化还原能力弱,量子效率低等。因此,起主导作用的光催化剂的选择与设计就尤为重要,这也是国内外学者研究的重要课题。本论文主要的研究内容和结论如下:（1）采用离子液体辅助沉淀和高温煅烧的方法首先合成微米花球BiOI,然后经过原位组装纳米片BiOBr制备了BiOI/BiOBr。光催化性能评价结果:经过70分钟的模拟光照,本文中制备的不同组分光催化剂BiOI/BiOBr(BiOBr、BiOI/BiOBr-1、BiOI/BiOBr-2、BiOI/BiOBr-3、BiOI/BiOBr-4、BiOI/BiOBr-5、BiOI/BiOBr-6和BiOI对污染物的降解表现出不同的活性:其对水中的邻苯基苯酚（OPP）降解率分别为7%、66%、74%、92%、96%、97%、100%和60%。在模拟太阳光照射60分钟内,OPP几乎被完全降解。另外,本文也通过对水中对叔丁基苯酚（PTBP）、4-氯苯酚（4-CP）和对硝基苯酚的降解,评价了复合光催化剂BiOI/BiOBr的光催化活性。本文通过捕获剂实验和电子自旋顺磁共振（ESR）探究了降解过程中产生的活性物质,基于实验结果,本文提出了一种可能的降解机理。（2）首先采用离子液体辅助沉淀法制备BiOI/BiPO,然后经过高温煅烧法制备BiOI/BiPO,系列表征表明本文制备了光催化剂BiOI/BiPO。光催化活性评价的结果:经过80分钟的模拟光照,不同比例的复合光催化剂BiOI/BiPO（BiOI、BOPI-1、BOPI-2、BOPI-3、BOPI-4、BOPI-5和BiPO）对降解OPP表现出不同的活性,其中纯的BiPO降解效率大约为5%,BiOI对OPP的降解率也仅为80%,而降解效果最显著的是BOPI-3（经过80 min的光催化降解,其去除率几乎达到100%）,而且所有的复合光催化剂与纯的BiOI和BiPO对OPP降解效率相比都有明显提高。另外,本研究也通过合成催化剂对水中Rh B、PTBP和BPA的降解,评价了复合光催化剂BOPI-3的光催化活性。以上活性结果都表明,光催化剂BiOI/BiOBr对水中有机污染物有非常好的降解效果。通过捕获剂实验研究了降解过程中产生的活性物质。基于实验结果,本文提出了一种可能的降解机理。（3）通过水浴和高温煅烧法制备前驱物ZnSnO,然后通过离子液体辅助法制备BiOI/ZnSnO,最后BiOI/ZnSnO经过高温煅烧制备BiOI/ZnSnO。系列表征证明本研究制备了BiOI/ZnSnO。活性结果显示:纯ZnSnO由于其宽带隙而没有表现出光催化活性。在可见光照射下,制备的复合光催化剂BiOI/ZnSnO对OPP降解效率比纯BiOI明显提升。与其他复合催化剂对OPP降解相比,ZSBI-2具有最佳的光催化活性,光照90分钟后,OPP的降解率达到几乎100%,而纯BiOI的降解率仅为64%左右。基于检测活性物种的产生和捕获剂实验,本文提出了可能的降解机理。通过对起主导作用的光催化剂的选择与设计,本文制备出几种BiOI基复合光催化剂,活性结果显示与纯BiOI相比有明显提升,此研究对解决环境污染和能源短缺问题提供新思路和新策略,具有非常重要的意义。