氯氧铋(Bi12O17Cl2)复合光催化材料的制备及其对水体有机污染物去除性能研究

来源 :浙江海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chang_baoping
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为了满足经济全球化背景下的资源利用、工业发展、区域协调的需求,人们对水资源的开发率剧增。近年来,水环境有机物污染问题(如抗生素、环境激素等)非常突出,赤潮、物种大量死亡甚至灭绝等问题层出不穷,严重影响人类健康及社会安全。光催化技术在处理水环境有机物污染方面有很大优势,该技术的关键在于开发出性能优异的光催化材料。早期研究的光催化剂都存在着能带宽、电子和空穴寿命短等问题。基于此,本研究通过溶剂热法成功制备出Bi12O17Cl2材料,进一步结合原位沉积法构建出两种三元Bi12O17Cl2异质结光催化材料(Ag/Ag6Si2O7/Bi12O17Cl2和Ag/Ag2O/Bi12O17Cl2)。得到研究成果如下:(1)基于水热-原位沉积法-光照还原法成功构建出三元的Ag/Ag6Si2O7/Bi12O17Cl2异质结用于光催化降解抗生素污染废水采用水热合成法及高温煅烧合成3D花球状Bi12O17Cl2,再采用原位沉积法-光照还原法成功构建出Ag/Ag6Si2O7/Bi12O17Cl2异质结。通过X射线衍射分析(XRD)、X射线电子能谱分析(XPS)、紫外可见漫反射光谱分析(UV-vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积测定(BET)等表征手段对材料的组成及形貌结构进行分析,结果表明成功合成三元异质结,并且Ag/Ag6Si2O7的引入没有破坏3D花球状Bi12O17Cl2的结构,通过光电流(CV)和电化学阻抗谱(EIS)研究了光生电子空穴分离情况,在可见光降解盐酸四环素(TC)溶液和左氧氟沙星(LEV)溶液的实验中,AASi O/Bi OCl-5%对两种抗生素的降解效率均高达85%左右,在降解TC溶液时,AASi O/Bi OCl-5%的表观速率常数值分别是纯Ag6Si2O7和纯Bi12O17Cl2的16.125倍和2.93倍;降解LEV溶液时,AASi O/Bi OCl-5%的表观速率常数值分别是纯Ag6Si2O7和纯Bi12O17Cl2的5.65倍和4.97倍。循环利用实验及回收材料的一系列表征结果证明,所合成的复合材料不仅具有超强的可见光催化活性,还具有良好的结构稳定性和循环利用性。通过活性物质捕获实验发现了Ag/Ag6Si2O7/Bi12O17Cl2异质结在降解有机污染物过程中的主要活性物质为超氧自由基和空穴,基于研究结果提出了Ag/Ag6Si2O7/Bi12O17Cl2异质结在降解抗生素时的光催化机理。(2)基于水热-原位沉积法-光照还原法成功构建出三元的Ag/Ag2O/Bi12O17Cl2异质结用于光催化降解抗生素污染废水为了提高光生电子空穴分离效率及拓宽可见光响应范围,我们又将Ag/Ag2O附着在Bi12O17Cl2上,通过系统的表征方法对Ag/Ag2O/Bi12O17Cl2异质结的晶体结构、化学组成、形貌、光学与电学性能、稳定性能等进行分析,分析得到Ag/Ag2O均匀的附着在Bi12O17Cl2的表面,Ag/Ag2O的加入不仅没有改变Bi12O17Cl2的形貌结构还提升了光生电子空穴的分离效率,通过可见光降解抗生素水溶液的实验结果可以直观看出复合材料的性能大大提升,AAO/Bi OCl-30%在可见光下的降解效率均接近90%,AAO/Bi OCl-30%在降解TC溶液时的表观速率常数是纯Ag2O的13倍左右,是纯Bi12O17Cl2的3.2倍左右,降解LEV溶液时的表观速率常数是纯Bi12O17Cl2的2倍左右,活性物质捕获实验可以证明空穴和超氧自由基在降解过程中起主要作用,最后提出Ag/Ag2O/Bi12O17Cl2异质结在降解抗生素时的光催化机理,另外,复合材料易于回收,稳定性能良好,具有可重复利用性。
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