论文部分内容阅读
水体中痕量抗生素所导致的细菌抗药性以及环境生态问题，已引起人们的广泛关注。抗生素废水具有浓度高、色度大、毒性大和可生化性差等特点，采用传统的生物或化学方法处理抗生素废水效果不佳。光催化氧化技术作为一种新型高级氧化技术，因其具有氧化还原能力强，化学性质稳定、反应条件简单、能耗低、无二次污染等优点，已成为最有前景的污水处理技术之一。开发可见光响应型半导体光催化剂，是应用光催化氧化技术的提前。钒酸铋（BiVO4）作为一种新型窄带隙可见光响应型光催化剂，被广泛应用于有机污染物降解、光解水等领域。纯BiVO4虽然具有良好的可见光响应性能但是其光生电子空穴复合率高、量子产率低，导致其光催化活性不高，严重限制了纯BiVO4的应用。本论文以改善BiVO4光催化性能为目标，分别利用纳米设计、还原氧化石墨烯负载、半导体复合和贵金属沉积技术对BiVO4进行改性。采用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis等方法对样品进行表征，以环丙沙星为目标污染物考察样品的光催化活性，探讨了样品光催化活性提高的机理。本课题主要从以下几个方面展开研究：(1)采用微波法以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为诱导剂制备了纳米尺寸的八面体BiVO4。表征结果显示：十二烷基苯磺酸钠的添加量和微波反应时间对样品的形貌有重要影响。八面体钒酸铋对环丙沙星的降解率为79%，光催化活性的提高是由于八面体BiVO4尺寸小、形貌均一，促进光生电子空穴的分离。(2)采用微波原位生长法，以五水硝酸铋（Bi(NO3)35H2O）和偏钒酸铵（NH4VO3）为铋源和钒源，制备了还原氧化石墨烯（RGO）/BiVO4光催化剂。样品的X-射线衍射（XRD）、拉曼图谱（Raman）和X-光电子能谱（XPS）分析结果显示：在微波反应的过程中GO被还原为RGO。实验中制备的RGO/BiVO4样品具有很好的光催化活性，当石墨烯的量为2wt%时光催化活性最高达到68.2%。RGO/BiVO4光催化活性的提高是因为RGO促进了光生电子空穴的分离，提高了光生电子空穴的分离效率。(3)采用超声波法制备了Bi2WO6/BiVO4异质结光催化剂。表征结果表明：在超声波的作用下，BiVO4纳米颗粒分布在Bi2WO6纳米片的表面，形成异质结结构。与单相BiVO4和Bi2WO6相比，Bi2WO6/BiVO4异质结光催化剂的光催化活性明显提高，尤其是当R（Bi2WO6/BiVO4）=10wt%时异质结的光催化活性最高，对环丙沙星的降解率为77%。此外，还对光催化活性提高的机理进行了探讨，提出了表面电荷转移效应。(4)采用光还原沉积法制备了Pt/BiVO4光催化剂。分析结果显示：金属价态Pt纳米粒子沉积在BiVO4光催化剂的表面。与纯BiVO4相比，Pt/BiVO4光催化剂光催化活性明显提高，当沉积2wt%的Pt时，Pt/BiVO4光催化剂的光催化活性最高，为87.5%。同时，还对Pt/BiVO4光催化剂光催化活性提高的机理进行了探讨，阐明了光催化活性提高的原因是沉积在BiVO4表面的Pt促进了光生电子空穴的分离。