【摘 要】
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本文以钠基蒙脱石为基质材料,钛酸四丁酯为钛源,Bi（NO3）·5H2O为铋源,通过溶胶-凝胶法制备了TiO2光催化材料和BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料,将其对刚果红染料废水进行光催化降解。采用X射线衍射、热重/差热、扫描电镜、透射电镜、X射线荧光光谱、X射线光电子能谱、比表面积分析仪、紫外-可见漫反射光谱、瞬态光电流及电化学阻抗谱等检测手段探究了复合材料光催化降解性能及机理。主要的研究结果如
【基金项目】
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国家自然科学基金（51464007）； 贵州省科技计划项目（[2020]1Z045）； 贵州省科技支撑项目（[2021]482）； 贵州省非金属矿产资源综合利用重点试验室； 清华大学摩擦学国家重点实验室；
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本文以钠基蒙脱石为基质材料,钛酸四丁酯为钛源,Bi（NO3）·5H2O为铋源,通过溶胶-凝胶法制备了TiO2光催化材料和BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料,将其对刚果红染料废水进行光催化降解。采用X射线衍射、热重/差热、扫描电镜、透射电镜、X射线荧光光谱、X射线光电子能谱、比表面积分析仪、紫外-可见漫反射光谱、瞬态光电流及电化学阻抗谱等检测手段探究了复合材料光催化降解性能及机理。主要的研究结果如下:TiO2光催化材料的结晶温度范围为220℃～450℃。在500℃时,TiO2颗粒的晶体尺寸为18.09 nm左右。温度从600℃升高到800℃,TiO2的晶型由锐钛矿向金红石转变,且颗粒团聚现象愈发严重。紫外-可见漫反射结果表明,锐钛矿相TiO2和金红石相TiO2的禁带宽度分别为3.24 e V和2.96 e V。在乙醇添加量为10 m L,冰醋酸添加量为5 m L,焙烧温度为500℃,焙烧时间为1.5 h的条件下制备的TiO2材料具有较高的光催化活性,光照180 min后,刚果红的降解率达到77.06%。BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料是由TiO2颗粒、BiOCl纳米片和蒙脱石片状粒子组装而成,其中TiO2颗粒附着于BiOCl纳米片上,且以锐钛矿相形式存在。添加蒙脱石和BiOCl都会抑制TiO2晶体的生长。复合材料的比表面积为109.02m~2/g。复合材料中Ti、Bi和Cl元素分别以+4、+3和-1价态形式存在。BiOCl/TiO2之间形成异质结使得禁带宽度从2.89 e V降低至2.61 e V,光生电子-空穴对的分离率更高。在溶胶p H为4,蒙脱石悬浮液质量浓度为1%,焙烧温度为600℃,焙烧时间为2 h,Bi/Ti摩尔比为20%的条件下制备的BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料具有较高的光催化活性,经30 min暗吸附和120 min光照后,20 mg/L刚果红溶液的降解率达到98.64%,且光催化过程符合Langmuir-Hinshlwood一级动力学方程。重复实验表明,BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料具有良好的稳定性。自由基掩蔽实验表明,羟基自由基和超氧自由基是复合材料降解刚果红过程中的主要活性物质。
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