MnxZn1-xFe2O4/Bi2O3复合磁性光催化剂的制备与特性表征

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随着工业化程度的加快,环境污染尤其是水体污染日益严重。传统的废水处理方法存在耗能大、处理周期长等缺陷,半导体光催化技术因在降解水中有机污染物过程中具备高效、节能等特点,受到广泛关注。Ti O2作为半导体光催化剂的代表,因其无毒、稳定性好等优点,成为能源环境学者的研究热点。但Ti O2禁带较宽,对可见光的响应较弱,越来越多的研究者将目光转向了新型光催化剂的探索,如Ag3PO4及其复合物、硫化物、铋系化合物等。其中铋系化合物中的氧化铋(Bi2O3)因操作方便、带隙窄、吸收波长较大等特点受到了研究者的青睐,并逐渐成为时下新型光催化剂开发的热点。但是,该类光催化剂在参与反应后的分离回收工艺复杂,且很可能因催化剂的回收不彻底导致二次污染。负载适量的磁性物质既有助于提高光催化剂本身的光催化活性,又能在外加磁场的作用下实现光催化剂的回收和再利用,解决了上述的难题,符合绿色化学的理念。本文以化学共沉淀法制备了α-Bi2O3,在模拟太阳光照射下4h对10mg/L的Rh B降解率达到50.7%。以α-Bi2O3复合磁性基质MnxZn1-xFe2O4,采取浸渍焙烧法制备了MnxZn1-xFe2O4/α-Bi2O3复合磁性光催化剂,探讨了不同质量比、反应时间、焙烧温度对光催化活性的影响。通过XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis DRS,磁性测试等手段进行表征。结果表明,当MnxZn1-xFe2O4/α-Bi2O3质量比为20%,反应时间为3h,焙烧温度为500℃时,该复合磁性光催化剂在模拟太阳光下4h对罗丹明B的降解率可达到99.6%,高于同等条件下纯净α-Bi2O3的50.7%。以化学共沉淀法制备了β-Bi2O3,在模拟太阳光照射下2.5h对10mg/L的Rh B降解率达到83.6%。以β-Bi2O3复合磁性基质MnxZn1-xFe2O4,采取浸渍焙烧法制备了MnxZn1-xFe2O4/β-Bi2O3复合磁性光催化剂,探讨了不同质量比、反应时间、焙烧温度对复合物的光催化活性的影响。采用XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis DRS、磁性测试等手段进行表征。结果表明,当MnxZn1-xFe2O4/β-Bi2O3质量比为15%,反应时间为2h,焙烧温度为380℃时,该复合磁性光催化剂在模拟太阳光下2.5h对罗丹明B的降解率可达到99.1%,高于同等条件下纯净β-Bi2O3的83.6%。将MnxZn1-xFe2O4/α-Bi2O3、MnxZn1-xFe2O4/β-Bi2O3分别进行回收,前者回收率为84.1%,且回收使用五次后4h对Rh B的降解率为86.2%;后者回收率为89.3%,且回收使用五次后2.5h对Rh B降解率为82.7%,表明制备的MnxZn1-xFe2O4/α-Bi2O3、MnxZn1-xFe2O4/β-Bi2O3复合磁性光催化剂具备较高的稳定性和重复利用性。选用MnxZn1-xFe2O4/β-Bi2O3复合磁性光催化剂,以氙灯作为辐射光源,对垃圾渗滤液进行了降解实验,考察了垃圾渗滤液初始浓度、光照时间、p H值对降解效果的影响。结果表明,当垃圾渗滤液初始浓度为250mg/L左右、光照时间为250min及p H值为5条件下,渗滤液中COD的去除率达到63.0%,有较好的处理效果。
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