RGO-AgI/Bi2MoO6复合催化剂的制备及其光催化降解罗丹明B的研究

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染料一直都是印染行业废水中的主要污染物,由于染料废水具有色度高、毒性大、可生化性差等特点,使得染料废液一经随意排放就会对周边环境造成严重的污染,进而影响水源和水生生物,间接对人类造成危害。光催化技术降解染料废水的探究日益得到广泛关注,但是常见的TiO2等光催化剂只能利用紫外波段的光能,相对太阳光中的能量范围利用率太低,故本实验通过改进方法制备出RGO-AgI/Bi2MoO6复合催化剂,并对其进行相关的表征和实验效果和影响因素的探究,并提出可能的光催化机理。本文采用水热-液相沉淀法经过两步制备出RGO-AgI/Bi2MoO6复合材料,通过调节氧化石墨烯的投加质量来控制RGO在复合材料中的质量分数,并通过调节AgNO3和KI溶液的浓度来控制AgI与Bi2MoO6的质量比例,综合调控这两个参数获得光催化效果最优的RGO-AgI/Bi2MoO6复合材料。SEM结果表明具有特殊板状结构的Bi2MoO6材料和AgI颗粒与RGO结合在一起;TEM和HRTEM检测到对应AgI的(002)晶面和Bi2MoO6的(060)晶面的晶格条纹;EDX证实复合材料含有的元素包括C、O、Bi、Mo、Ag、I六种元素。XRD的测试结果表明复合材料中含有纯标准Bi2MoO6具有的(020)、(131)、(002)、(060)、(151)、(280)、(240)等典型晶面,以及纯标准AgI具有的(100)、(002)、(110)、(112)晶面,显示出复合材料具有良好的Bi2MoO6斜方晶系结构和β-AgI六方晶型结构。同时UV-DRS分析显示RGO-AgI/Bi2MoO6复合材料较Bi2MoO6材料的光吸收边出现红移,且光吸收强度得到提高。本研究选取罗丹明B(RhB)为目标污染物,用氙灯作为光源模拟可见光,研究了复合催化剂对该污染物降解性能,结果表明三元材料RGO-AgI/Bi2MoO6对RhB的去除效果最高,其反应速率为AgI/Bi2MoO6、AgI、Bi2MoO6等材料的1.7倍、2.1倍和14.6倍。在复合光催化剂AgI:Bi2MoO6比例的探究实验中发现随着比例的增加,降解RhB的效果先增加后降低,且AgI与Bi2MoO6在质量比例为6:4时催化效果最佳,在复合光催化剂还原氧化石墨烯RGO含量的探究中,发现随着RGO质量分数的提升,降解RhB的效果先增加后降低,最优含量为1%。同时实验探究了影响光催化的因素,并对部分因素进行了动力学探究,如光催化剂投加量、罗丹明溶液浓度、光照强度、罗丹明B溶液初始pH、不同共存阴离子等因素。材料的循环实验研究结果表明复合材料的循环稳定性较好。光催化机理探究中,对RGO-AgI/Bi2MoO6复合催化剂反应前后XRD分析,对比发现材料晶体的衍射峰尖锐程度、峰高几乎没有变化,无明显峰偏移,该结果表明复合催化剂结晶性良好、结构稳定,具有良好稳定的光催化能力;淬灭实验分析结果显示,超氧自由基·O2-和空穴h+在降解污染物过程中其主要作用,羟基自由基·OH的作用较弱;通过淬灭实验和材料的结构组成,提出RGO-AgI/Bi2MoO6复合催化剂可能的反应机理,且具体分为光照激发产生光生载流子、光生载流子迁移至材料表面、还原氧化石墨烯导走电子、电子和溶液中的O2作用产生·O2-。另外,在AgI的价带上的空穴可以直接氧化RhB。
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