Ag3PO4/Bi12O15Cl6复合光催化剂的制备及其可见光催化性能的研究

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光催化氧化法作为一种可以分解废水中无机物和有机物的方法,除了降解效率较高之外,其还具有高效节能、无二次污染等优点,我们通常利用该方法来处理如印染废水等降解难度较高的废水。制备高效绿色的可见光催化剂是当前环保领域研究的热点。氯氧化铋(Bi12O15Cl6)主要是吸收紫外光,但是该物质对可见光的吸收率较低,因此催化效率不高。所以本文在通过水热法合成出Bi12O15Cl6纳米片后,用原位沉积法将Ag3PO4负载到Bi12O15Cl6上,来改善Bi12O15Cl6的可见光催化活性。本文以金橙Ⅱ为目标底物,研究水热时间、水热温度及复合比例等制备条件对复合光催化剂的光催化活性的影响,得出光催化活性最佳复合催化剂的制备条件为水热12 h,温度180℃,复合比例n(Ag):n(Bi)(以投加的原料计算)为10%。用XRD,XPS,BET,TEM,SEM的方法对复合催化剂的形貌结构,表面电学性质,光学特性进行了较为系统的表征分析。发现Ag3PO4和Bi12O15Cl6得到了较好的复合,复合后的催化剂出现了明显的红移现象,禁带宽度减小,与此同时比表面积增大,催化活性提升。探究了Ag3PO4/Bi12O15Cl6复合光催化剂投加量、底物初始浓度和底物初始p H、盐效应对降解效率的影响并且进行了复合光催化剂的稳定性探究和初步的动力学分析。发现Ag3PO4/Bi12O15Cl6复合催化剂投加浓度控制在1.0 g/L,目标底物金橙Ⅱ浓度为1.5 mg/L,p H为7时,催化降解金橙Ⅱ的效率为95.4%。循环使用6次仍有66.3%的降解率。复合催化剂的光催化降解效率受盐效应影响较小。通过自由基捕获实验,电子自旋共振推测出,在Ag3PO4/Bi12O15Cl6复合催化剂光催化降解反应过程中起作用的活性基团超分别为氧自由基和空穴。分析推算出催化剂的能带结构,由此猜测复合半导体之间形成的可能是TypeⅡ型的异质结结构。通过LC-MS检测反应体系中间产物,推测出Ag3PO4/Bi12O15Cl6降解金橙Ⅱ的可能的路径。
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