铋系复合光催化剂的制备及其对双酚A光催化降解研究

将氧化铋(Bi_2O_3)与三聚氰胺或盐酸胍混合煅烧,通过原位晶相合成法制备了界面紧密接触的碳三氮四复合碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3)和碳三氮四复合氯氧化铋(g-C_3N_4/BiOCl)复合光催化剂。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪等分析手段对复合光催化剂的结构和性能进行了分析表征。结果表明:Bi_2O_2CO_3和BiOCl纳米片均是从g-C_3N_4体相中生长出来,从而导致铋系氧化物和g-C_3N_4界面间的紧密接触。紫外-可见漫反射光谱分析结果表明,g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3和g-C_3N_4/BiOCl复合光催化剂的可见光吸收能力均优于g-C_3N_4和Bi_2O_3。在可见光照射下,复合光催化剂对双酚A表现出优越的降解性能。此外,探讨了复合光催化剂的光催化机理。由于g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3或BiOCl界面间的紧密接触导致了光生载流子的有效分离,从而提高了复合光催化剂的光催化活性。     

不同晶相Bi_2O_3粉体的制备与表征

以Bi(NO_3)_3·5H_2O为主要原材料,利用共沉淀法制备α、β、γ3种不同晶相的Bi_2O_3粉末。利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计对样品进行表征,结果表明:制备的α-Bi_2O_3粉末为长条状颗粒,β-Bi_2O_3粉末为不规则颗粒状,γ-Bi_2O_3粉末呈现为四面体颗粒。以质量浓度为10 mg/L的罗丹明B溶液为降解目标,考查不同晶相Bi_2O_3对罗丹明B的光催化降解性能,发现γ-Bi_2O_3粉末的光催化性能最佳,降解效率可达62. 5%。利用第一性原理对α、β、γ3种晶相Bi_2O_3的能带结构进行计算,计算结果表明:3种晶相Bi_2O_3的导带均主要由O 2p轨道构成,价带主要由Bi 6p轨道构成。光催化过程中,电子可从价带跃迁到导带参与化学反应,从而使罗丹明B溶液发生降解。     

棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合物的制备及其光催化性能

以硝酸锌(Zn(NO_3)_2)、硝酸铁(Fe(NO_3)_3)和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用液相沸腾回流法制得了不同长径比的棒状α-Fe_2O_3异质复合ZnO光催化剂。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等多种手段对产物进行表征。以"三致"污染物五氯酚为降解对象,考察了紫外-可见光照下样品的光催化效果。结果表明,棒状α-Fe_2O_3/ZnO复合光催化剂的性能与其α-Fe_2O_3的含量密切相关。当α-Fe_2O_3与ZnO的物质的量比为1∶5时,样品光催化活性最高,4h内即可将五氯酚降解完全。     

Bi2S3@BiOBr的原位合成及其可见光催化性能

采用溶剂热法合成BiOBr空心微球,并利用简单的离子交换原位生成Bi_2S_3,得到类核-壳结构的Bi_2S_3@BiOBr复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂进行表征,并对其进行光电化学性能测试。实验表明,BiOBr与Bi_2S_3形成的异质结促进了光生载流子的转移和分离。Bi_2S_3@BiOBr在可见光作用下可以有效降解甲基橙,当Bi_2S_3的摩尔分数为8%时,样品具有最好的光催化性能。·O_2~-和h~+是Bi_2S_3@BiOBr光催化降解甲基橙的主要活性物种。     

Ag_3PO_4/Bi_2Fe_4O_9复合催化剂的制备及其光催化性能

利用水热法成功地制备得到具有高效光催化活性的Ag_3PO_4/Bi_2Fe_4O_9复合型光催化剂。使用X-射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征,并以罗丹明B为目标降解物对其光催化性能进行研究。结果表明:样品是由纳米Ag_3PO_4颗粒负载在片状四边形的Bi_2Fe_4O_9表面组成的,当Ag_3PO_4的负载量为4wt%时,复合材料的光催化效果最好,在可见光(波长420nm)照射下,1.5h内对100mL浓度为10~(-5)mol·L~(-1)罗丹明B溶液的脱色率可达98.7%。     

基于酵母的钨酸铋空心微球制备及其光催化降解盐酸四环素性能

以酵母细胞为模板,Na_2WO_4·2H_2O和Bi(NO_3)_3·5H_2O为原料,采用生物模板法制备了钨酸铋(Bi_2WO_6)空心微球。运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TG-DTA)等技术对样品进行了结构与形貌表征,并以盐酸四环素为目标污染物,考察了Bi_2WO_6空心微球的光催化活性。结果表明:所制得的Bi_2WO_6空心微球系正交相Bi_2WO_6,直径约为2μm,颗粒形貌一致,较好的保持了酵母细胞椭圆形的形貌,在可见光区有吸收。在氙灯照射下,Bi_2WO_6空心微球对盐酸四环素的光催化效果显著,催化剂用量及溶液的pH值对四环素的降解率有影响,当催化剂浓度为1.0g/L,溶液pH值为3时,Bi_2WO空心微球对20mg/L的四环素光催化降解率可达95%以上。     

三维介孔Bi_2WO_6光催化剂的制备及无机离子对其光催化活性的影响

以硝酸铋、钨酸铵为起始原料,采用水热法合成介孔Bi_2WO_6光催化剂,借助X射线粉末衍射(XRD)、固体紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电子扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)对催化剂的物相组成、形貌和光吸收特性进行表征,并推测三维球状介孔Bi_2WO_6的形成机理;研究溶液pH值和环境水体中常见无机离子对Bi_2WO_6光催化降解亚甲基蓝的影响。结果表明:在强酸条件下,Bi_2WO_6表现出更高的光催化活性;环境水体中的无机离子对亚甲基蓝的光催化降解影响显著,阳离子如Fe~(3+),NH~+_4以及阴离子如卤素离子对其光催化降解具有很强的促进作用,Cu~(2+)和NO~-_2几乎无影响,而Fe~(2+)对其则具有明显抑制作用。     

纳米Ag包覆Bi_2O_3颗粒的制备及其可见光催化性能评价

本文采用两步合成工艺,通过化学共沉淀工艺制备β-Bi_2O_3纳米颗粒;经室温原位还原硝酸银,制备不同包覆量纳米Ag负载的Bi_2O_3(Ag/β-Bi_2O_3)光催化剂颗粒。对该光催化剂进行结构表征,并以甲基橙溶液模拟废水在可见光下评价其光催化性能。透射电子显微镜(TEM)测试表明纳米Ag均匀包覆于β-Bi_2O_3颗粒表面,其中β-Bi_2O_3聚集体的颗粒尺寸约30nm,而分散的纳米Ag晶体约为20nm。紫外可见光谱(UV-vis)谱图表明Ag/β-Bi_2O_3复合材料的带隙能比纯相Bi_2O_3要小,对可见光利用率相应增加,光催化性能随之增强。其中以2.0%(质量比)Ag包覆β-Bi_2O_3颗粒的光催化性能最佳。     

稀土离子La~(3+)掺杂花形状Bi_2O_3的制备及光催化活性研究

以硝酸铋和硝酸镧为原料,采用水热法制备了形貌可控的花形状Bi_2O_3和La~(3+)掺杂Bi_2O_3光催化剂,利用X射线衍射、透射电镜、能谱、N2吸附-脱附和紫外-可见近红外光谱法等方法对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法研究了催化剂对罗丹明B(RhB)光催化降解效率。结果表明:样品具有可控形貌的花形状结构及较窄的孔径分布(3.624nm),当稀土离子La~(3+)掺杂到花形状Bi_2O_3后,不仅是原Bi_2O_3的花形结构没有破坏,而且光吸收范围拓展到600nm左右。利用模拟太阳光(氙灯,350W,λ420nm)光源,对RhB进行光催化降解时,产生了良好光催化活性,其光催化活性明显高于纯Bi_2O_3纳米颗粒和花形状Bi_2O_3,光照180min后,降解效率达到99.1%以上。     

Bi_2S_3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂的制备及光催化性能

以表面改性煤矸石粉、Bi(NO_3)_3·5H_2O和NH_4Cl为原料,采用超声化学法制备了BiOCl/煤矸石前驱体;并通过BiOCl/煤矸石前驱体和硫代乙酰胺(TAA)的阴离子交换反应,原位制备了Bi_2S_3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂。利用XRD和SEM对Bi_2S_3-BiOCl/煤矸石复合光催化材料的结构及表面形貌进行了表征,并以可见光为光源,甲基橙为目标降解物,对其光催化活性进行了研究。结果表明:在可见光辐照下,Bi_2S_3-BiOCl/煤矸石复合光催化剂表现出较高的光催化降解能力,这是由于Bi_2S_3与BiOCl复合后形成的异质结促进了光生电子和光生空穴的分离,抑制了它们的复合。     

Bi_2O_3-ZnO复合材料的制备及其性能

以Bi_2O_3纳米棒为前驱体,通过溶剂热法合成了一维Bi_2O_3-ZnO复合材料光催化剂。XRD物相分析,复合材料光催化剂为六方纤锌矿结构的ZnO和四角形结构的Bi_2O_3;SEM形貌观察,复合材料光催化剂为棒状Bi_2O_3,平均直径为(450±50)nm,长度为(5±1)μm,以及少量的ZnO纳米粒/片生长在Bi_2O_3的表面。在可见光照射下,分别以纯的Bi_2O_3、ZnO和Bi_2O_3-ZnO为光催化剂,通过降解染料亚甲基蓝(MB)和苯酚进行光催化性能研究。     

Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6光催化剂的合成及其光催化性能

水热法合成了Bi_2WO_6催化剂后,将Ag-Ag_2O负载在Bi_2WO_6上,制备出新型Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6异质结光催化剂,通过XRD,SEM,TEM,UV-Vis DRS等一系列测试手段对光催化剂进行了形貌、结构、吸光性能等性质的表征,并以罗丹明B(Rh B)为目标污染物研究催化剂的光催化活性。结果表明制备的Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6异质结光催化剂主体为立体花球状结构,直径约2μm,具有较大的比表面积,且对可见光的吸收范围有明显增加(从442红移至594nm),催化活性亦高于未负载的Bi_2WO_6,反应120min后,Ag-Ag_2O/Bi_2WO_6对罗丹明B(Rh B)的降解率可达96.20%,在重复4次降解实验之后,其光催化活性虽然有一定损失,但光催化性能仍优于其余两组催化剂。     

Cu2O/g-C3N4/Bi2WO6三元复合光催化剂的制备及性能研究

采用水热法和还原沉淀法制备了三元复合光催化剂Cu_2O/g-C_3N_4/Bi_2WO_6,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪和电化学交流阻抗测试对光催化剂的结构组成、形貌、光吸收性能、电化学性能等进行分析。在制备的三元复合光催化剂中,片状钨酸铋(Bi_2WO_6)和层状类石墨相氮化碳(g-C_3N_4)依附在立方体氧化亚铜(Cu_2O)上。以短链脂肪酸为牺牲剂,考察了不同光催化剂的光催化产生氢气和烷烃的性能。结果表明:以乙酸、丙酸、丁酸为牺牲剂,10%Cu_2O/5%g-C_3N_4/Bi_2WO_6三元复合光催化剂的光催化性能比纯Bi_2WO_6分别提高了4.20、5.21、4.24倍,降解率分别达到82.44%、86.12%、79.29%。     

V_2O_5掺杂Bi_2WO_6微纳米纤维的静电纺丝制备及光催化性能

以柠檬酸铋铵[Bi(NH_3)_2C_6H_7O_7·H_2O]、仲钨酸铵(H_(42)N_(10)O_(42)W_(12))、偏钒酸铵(NH_4VO_3)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用静电纺丝法成功制备前驱体PVP/Bi_2W_(1-x)V_xO_(6-δ)纤维毡,通过缓慢控温处理制得Bi_2W_(1-x)V_xO_(6-δ)微纳米纤维。采用X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对样品进行了表征。以亚甲基蓝(MB)光降解为模型反应,研究Bi_2W_(1-x)V_xO_(6-δ)样品光催化性能。结果表明,所有掺杂V_2O_5的样品光催化活性均高于纯Bi_2WO_6样品。其中VO_(2.5)掺杂量为3%(原子分数)时光催化效果最好,可见光下120 min内对初始浓度为10mg/L的MB溶液的降解率可达到86.9%,较纯Bi_2WO_6样品提高15%。     

纳米Bi_2O_3的制备及其可见光催化活性

采用共沉淀法制备纳米Bi_2O_3,并将其应用于光催化,研究不同热处理温度下制备的Bi_2O_3的光催化降解甲基橙的活性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征Bi_2O_3的形貌、结构、光学及光催化活性。结果表明:Bi_2O_3的光催化活性与热处理温度有关,热处理温度为400℃时,合成的Bi_2O_3在可见光照射180 min时,对甲基橙的降解率达到86%。良好的可见光吸收和较低的光生载流子复合是获得优异光催化活性的主要原因。     

Bi_2O_3/ZnO复合材料的制备及太阳光处理孔雀石绿的应用研究

以竹纤维为模板,五水合硝酸铋[Bi(NO_3)_3·5H_2 O]和二水合醋酸锌[Zn(OAc)2·2H_2 O]为原料,采用浸渍-热转化法制备一系列Bi含量不同的氧化铋(Bi_2O_3)/氧化锌(ZnO)复合材料。通过热重分析、扫描电子显微镜、X射线衍射等方法对复合材料进行分析表征。以孔雀石绿染料为模拟污染物,在太阳光照射下进行光降解实验,探究了煅烧温度和Bi掺杂量对复合材料光催化活性的影响。研究结果表明:复合材料保持了竹纤维模板物的纤维形貌;煅烧温度和Bi掺杂量对Bi_2O_3/ZnO光催化性能影响显著。600℃煅烧2h制备的Bi掺杂量为2.5%(摩尔分数)的Bi_2O_3/ZnO催化剂对孔雀石绿降解效果最佳,太阳光照射240min后对100mL质量浓度为20mg/L的孔雀石绿降解率可达95.84%。催化剂重复利用4次后对孔雀石绿的催化降解率仍可保持在92%以上。     

改性BiOBr复合光催化剂的制备及性能研究

采用一步溶剂热法将半导体材料溴化氧铋(BiOBr)与钛酸铋(Bi_4Ti_3O_(12))复合,制备了Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段对其进行表征,并在7W LED灯照射下对罗丹明B(RhB)进行光催化反应。结果表明:合成的Bi_4Ti_3O_(12)/BiOBr复合光催化剂具有较好的结晶度和较高的光催化活性;反应时间与反应温度对光催化剂活性有显著影响,当反应时间为24h、反应温度为180℃时,复合光催化剂的降解率最大,可达85.1%;污染物RhB的初始质量浓度对降解率也有影响。     

Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2MoO_6复合光催化剂制备及光催化芬顿协同降解苯酚

光催化–芬顿技术耦合可高效降解有机污染物。本研究采用溶剂热法制备了Fe(Ⅲ)掺杂rGO/Bi_2Mo O_6复合催化剂(Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6),通过外加H_2O_2构建了光催化–芬顿协同体系,可见光照射3 h后对苯酚的降解率(82%)远高于单独光催化(18%)或芬顿反应(48%),进一步优化条件对苯酚可实现完全降解。这主要是通过Fe得失电子实现价态的转变,并以此作为桥梁实现光催化–芬顿的协同作用。同时石墨烯的优异导电性能不仅克服了光催化中光生电子空穴难以分离的问题,而且促进了Fe~(3+)/Fe~(2+)的循环反应,促使芬顿反应产生更多的羟基自由基(·OH),进一步提高了苯酚的降解效率。实验考察了Fe(Ⅲ)含量、催化剂投加量、H_2O_2含量以及p H等因素对协同降解效果的影响。淬灭实验证明·OH是协同降解体系中最主要的活性物种,·O_2~–和h~+对降解活性也会产生一定的影响,结合实验结果提出了Fe(Ⅲ)/rGO/Bi_2Mo O_6光催化–芬顿协同降解苯酚的机理。     

Bi_2O_3/RGO的制备及其光催化还原CO_2性能的研究

利用氨沉淀法制备Bi_2O_3粉体,采用改进的Hummers法制备GO,将Bi_2O_3加入一定量的GO分散液中,采用紫外还原法制备Bi_2O_3/RGO复合光催化剂,通过XRD、SEM、EDS、BET等技术手段对催化剂进行表征,并考察其在紫外光下催化还原CO_2的性能。结果表明,GO在紫外照射过程中被有效地还原为RGO,与晶粒尺寸约为49nm的单斜晶系Bi_2O_3颗粒在紫外照射下共同搅拌,形成Bi_2O_3/RGO复合物,其Bi_2O_3的主要衍射峰发生轻微宽化,石墨烯碎片、絮状物质附着在Bi_2O_3表面;随着GO含量的增加,Bi_2O_3表面附着的石墨烯碎片、絮状物质增加,复合催化剂的比表面积增大;在紫外光照射下,Bi_2O_3/RGO复合催化剂的光催化效果明显高于Bi_2O_3,GO含量为2.0%(质量分数)的Bi_2O_3/RGO复合催化剂,在光照时间为8h时,生成CH_4的产量为1.012μmol/g,比Bi_2O_3提高了96.5%。     

纳米钨酸铋/偕胺肟纤维的制备及其光催化性能研究

以Bi(NO_3)_3和Na_2WO_4为原料、偕胺肟纤维作为配体,采用液相法合成钨酸铋/偕胺肟纤维(Bi_2WO_6/AOCF),通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等对样品进行了表征分析。以罗丹明B的降解率为指标进行考察,可知,Bi_2WO_6/AOCF最佳制备条件为:Bi(NO_3)_3用量为1.0mmol,Na_2WO_4用量为0.5mmol,温度为70℃,反应时间为24h。以罗丹明B、活性黄、亚甲基蓝、甲基橙为模拟污染物来考察Bi_2WO_6/AOCF的光催化活性,结果表明,Bi_2WO_6/AOCF对4种染料都有很好的光催化降解能力,且可以重复使用多次,光催化反应过程符合一级反应动力学。