论文部分内容阅读
随着现代工业的快速发展,环境的负担也越来越重。重金属离子由于其毒性大、在自然环境中比较稳定、在水中滞留时间长等特点,成为水污染领域急需解决的难题之一。其中六价金属铬离子Cr(Ⅵ)作为一种重金属污染物,被认为是一种极具毒性并且具有致癌的物质。利用一种高效经济的方法来来处理废水中的六价铬离子对于环境与人类健康的保护具有重大的意义。传统的Cr(Ⅵ)处理方法包括:化学沉淀法、物理吸附法、电解法等。但是这些方法具有金属离子移除效率低、成本高、容易产生二次污染等缺点。近年来利用光催化技术,以半导体材料为催化剂将高毒性的Cr(Ⅵ)还原为低毒性的三价铬离子Cr(Ⅲ)被认为是一种有效的、低成本的、并且不会产生其他有害物质的方法。但是传统的光催化Cr(Ⅵ)还原材料如TiO2、CdS、SnS2、Ag2S、WO3等受限于电子空穴复合严重、比表面积小、禁带宽度大而只能利用太阳光中的紫外区域、对光的吸收效率低等缺点,导致其光催化效率低下。基于以上因素,本论文研究项目旨在设计与合成高效的光催化Cr(Ⅵ)还原半导体纳米材料。具体研究如下:1、通过水热法合成了一种新型的具有分级结构的Bi2WO6空心微米棒光催化材料,并且这种微米棒是由很多Bi2WO6纳米薄片堆积而成。有趣的是,我们发现硝酸铋能够在水中水解后产生均匀的棒状产物Bi6O5(OH)3(NO3)5·3H20,并以此棒状水解产物为模板,加入钨酸钠后通过水热反应,生成了一种新型的Bi2WO6空心微米棒分级结构。研究发现这种形貌的形成是由于柯肯达尔效应下,WO42-首先与棒状前驱物表面反应生成较小的Bi2WO6纳米颗粒然后生成片状Bi2WO6,然后随着反应进行,前驱物里面的物质逐渐移动到表面与溶液中的WO42-反应,最后形成了这种片状组成的Bi2WO6中空微米棒。通过对这种超级结构的Bi2WO6空心微米棒进行光催化Cr(Ⅵ)还原测试,发现相对传统的块材Bi2WO6其光催化效率有了较大幅度的提升。进一步的研究发现这主要得益于其较大的比表面积、较高的电子空穴分离效率以及较高的对光的吸收强度。2、开发了一种新的碳量子点包裹在MOFs中的复合材料。我们通过双溶剂法将葡萄糖灌入到一种金属有机骨架材料MIL-53(Fe)中,进一步通过在氮气氛围下200 ℃热处理之后发现在不破坏MOFs的整体形貌及晶体结构的情况下,在MOF孔道内形成了碳量子点。并且通过荧光光谱、氮气吸脱附、高倍透射电子显微镜等表征证明了碳量子点在MOF内的形成。通过与纯的MIL-53(Fe)相比这中复合材料的光催化Cr(Ⅵ)还原活性有了明显的提升。本文又通过紫外-可见吸收谱、光电流、电化学交流阻抗以及一系列对比实验对其机理进行了阐明。结果显示碳量子点包裹在MIL-53(Fe)内可以增强材料对光的吸收、增加光生电子空穴的分离效率,从而增强了其光催化Cr(Ⅵ)还原效率。