鈮酸鹽光催化劑制備及其降解環(huán)境污染物研究.pdf

1、有機(jī)污染物所造成的環(huán)境污染是當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)所面臨的一個(gè)重大問(wèn)題，因?yàn)檫@些污染物經(jīng)過(guò)大氣、水和土壤等載體傳播，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人的身體健康造成嚴(yán)重危害。因此，研究一種有效的方法進(jìn)行去除是非常必要的。多年的研究證明光催化氧化技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效方法之一。本論文針對(duì)過(guò)去光催化技術(shù)中存在的光催化劑制備方法單一、光譜響應(yīng)范圍窄、難于回收利用和降解機(jī)理研究不足等問(wèn)題，結(jié)合目前鈮酸鹽光催化劑的研究現(xiàn)狀，制備了一系列新型鈮酸鹽光催化劑，對(duì)其進(jìn)行表征，以染

2、料和藥物為降解模型，系統(tǒng)研究了光源、反應(yīng)物起始濃度、催化劑用量和降解pH等因素對(duì)光催化性能的影響，探索了一種典型污染物的降解機(jī)理。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、分別采用高溫固相法、溶膠-凝膠法和共沉淀法合成了納米BiNbO4，并將所合成的納米BiNbO4負(fù)載于LSA900C型樹(shù)脂上，研究了不同合成方法對(duì)納米BiNbO4的形貌和光催化性能的影響，以羅丹明B為降解模型，系統(tǒng)研究了不同方法所得BiNbO4樣品、光源、降解pH、催化劑用量和

3、負(fù)載型納米BiNbO4光催化性能。研究結(jié)果表明，采用高溫固相法、溶膠-凝膠法和共沉淀法均可得到具有正交相結(jié)構(gòu)的BiNbO4納米材料，但制備方法對(duì)納米BiNbO4的形貌影響較大，其中高溫固相法所得樣品形貌不規(guī)則，溶膠凝膠法所得樣品為空心球形，共沉淀法所得樣品為實(shí)心棒狀材料。共沉淀法所得正交相棒狀BiNbO4禁帶寬度約為3.00 eV，光催化活性最高，在紫外光（125W高壓汞燈）的照射下，降解pH為3.05、催化劑用量為2g/L時(shí)，能夠有效

4、地降解起始濃度為5 mg/L的羅丹明B溶液，降解率為83.2％;制備的新型LSA900C型合成樹(shù)脂負(fù)載納米BiNbO4光催化劑，降解率達(dá)86.3％，該樹(shù)脂負(fù)載催化劑在降解過(guò)程中能夠漂浮在水面，更有利于光催化劑的回收利用。正交相BiNbO4具有較強(qiáng)的光催化活性，與其適于光催化氧化的能帶結(jié)構(gòu)、特殊的層狀晶體結(jié)構(gòu)和棒狀形貌密切相關(guān)。
　　2、以檸檬酸鉍銨和五氧化二鈮為起始原料，采用溶膠-凝膠法合成了納米Bi5Nb3O15光催化劑，研究了

5、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)Bi5Nb3O15結(jié)構(gòu)和性能的影響。以?shī)W硝唑?yàn)榻到饽Ｐ?，在可?jiàn)光（500W鹵鎢燈）的照射下，系統(tǒng)研究了不同條件所得Bi5Nb3O15的光催化性能。結(jié)果表明，在500℃反應(yīng)4h條件下，得到的納米Bi5Nb3O15光催化劑，其晶型為正交相結(jié)構(gòu)，形貌不規(guī)則，禁帶寬度約為3.07 eV。在可見(jiàn)光(500W鹵鎢燈)的照射下，降解pH為9.06、催化劑用量為2g/L時(shí)能夠有效地降解起始濃度為20 mg/L的奧硝唑溶液，降解率為9

6、4.4％。正交相納米Bi5Nb3O15光催化劑具有較高的可見(jiàn)光催化性能與其能帶結(jié)構(gòu)和層狀晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　　3、采用溶膠-凝膠法-浸漬法，制備了摻雜型Y3+-Bi5Nb3O15納米催化材料。與正交相Bi5Nb3O15相比，摻雜Y3+后的Y3+-Bi5Nb3O15樣品晶粒變大（約為34nm），禁帶寬度變窄（約為2.89 eV）。在可見(jiàn)光（500W鹵鎢燈，λ＞400 nm）的照射下，降解pH為5.60，催化劑用量為2g/L時(shí)，Y3+-

7、Bi5Nb3O15光催化降解20 mg/L奧硝唑溶液的COD去除率和降解率分別為89.1％和90.5％，均高于Bi5Nb3O15和P25。根據(jù)UPLC-MS-MS檢測(cè)結(jié)果，確定了5種奧硝唑的降解產(chǎn)物，從分子水平上揭示了奧硝唑的降解機(jī)理。Y3+-Bi5Nb3O15具有較強(qiáng)的光催化活性主要是因?yàn)槠鋵訝畹腁urivillius結(jié)構(gòu)和過(guò)渡金屬釔的4f電子結(jié)構(gòu)，能夠加快光生電子-空穴的轉(zhuǎn)化速率，使光催化活性增強(qiáng)。
　　4、以硝酸釔和五氧化二

8、鈮為起始原料，采用水熱法制備了納米Y3NbO7催化劑，探討了水熱條件對(duì)Y3NbO7形貌的影響，以?shī)W美拉唑鈉為降解模型，在可見(jiàn)光（150W氙燈）的照射下，系統(tǒng)研究了納米Y3NbO7的光催化性能。研究結(jié)果表明，既是水熱反應(yīng)體系pH不同，所得納米Y3NbO7均為立方相結(jié)構(gòu)，但形貌差異較大。在pH為8.01時(shí)，得到Y(jié)3NbO7納米球;在pH為9.04時(shí)，得到Y(jié)3NbO7納米線(xiàn);在pH為10.03時(shí)，得到Y(jié)3NbO7納米環(huán)。pH為9.04時(shí)所得立