氯氧化铋/聚丙烯腈(BiOCl/PAN)复合纳米纤维材料的制备及其光催化性质研究

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目前水污染已经成为威胁人类生存的严重问题。利用半导体光催化降解水生环境中的有机污染物因具有低成本、高效率、深度降解、无二次污染等优点而引起大家广泛关注。近些年,氯氧化铋(BiOCl)以其自身独特的性质成为具有潜在应用价值的半导体光催化材料之一。但是,具有纳米结构的BiOCl粉末在液体中呈现悬浮状态,很难从液体中分离回收,严重降低其可再次使用性。为了有效地解决这一问题,我们设计将具有纳米结构的BiOCl固载到载体表面。电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维因具有微观一维纳米结构、宏观网毡结构、高比表面、良好的柔韧性、较好的稳定性和易制备等优点而被选作BiOCl的载体。通过结合静电纺丝技术和溶剂热方法将BiOCl纳米片固载到电纺PAN纳米纤维上,从而获得具有一维结构的BiOCl/PAN复合纳米纤维。在本文中,通过扫描电子显微镜SEM,透射电子显微镜TEM,X射线衍射XRD,紫外-可见漫反射UV-vis/DR,傅里叶变换红外光谱FT-IR,X射线光电子能谱XPS,热重差热分析TG-DTA等多种测试手段对制备的BiOCl/PAN复合纳米纤维样品进行表征。测试结果表明BiOCl纳米片被成功固载到电纺PAN纳米纤维上。通过调整制备BiOCl/PAN复合纳米纤维溶剂热反应过程中前驱体溶液的浓度,可以调控BiOCl纳米片的负载量。同时还发现BiOCl/PAN复合纳米纤维中的BiOCl和PAN分子之间可能存在相互作用。在紫外光照射下利用BiOCl/PAN复合纳米纤维对罗丹明B染料进行降解。研究结果表明,BiOCl/PAN复合纳米纤维表现出较高的光催化活性,能够在12分钟内将罗丹明B完全降解。自由基捕获实验表明在光催化降解过程中主要的活性物种是羟基自由基,并且其是通过氧化和还原两种途径产生的。在循环降解测试中,BiOCl/PAN复合纳米纤维光催化剂展现出良好的重复使用性能和稳定性。这是由于催化剂自身的网毡结构和良好的柔韧性保证了其良好的可回收性能;同时BiOCl和PAN分子之间存在相互作用,使得BiOCl的固载化相对比较牢固,保证了循环实验中催化效果的稳定性。
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