可見光響應(yīng)的多孔TiO2塊體與釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能,將污染物徹底降解為無污染的H2O、CO2等無機(jī)小分子物質(zhì),有望成為解決環(huán)境污染和能源問題的有效途徑,因而受到了廣泛的關(guān)注。光催化技術(shù)的核心是光催化劑,雖然已有研究表明很多半導(dǎo)體材料本身有一定的光催化活性,然而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化材料的寬譜響應(yīng)、提高其光催化效率與穩(wěn)定性是應(yīng)用于實(shí)際污染治理的前提。本文致力于研究可見光響應(yīng)的高效半導(dǎo)體復(fù)合光催化材料,通過改性、復(fù)合等手段,制備出有效降解有機(jī)污染物的光催化

2、材料,并進(jìn)行了表征與研究。
　　本研究通過溶膠凝膠相分離方法,在原料中添加表面活性劑P123和氧化石墨烯,制備了一種具有高效光催化活性的結(jié)構(gòu)完整的多孔TiO2塊體。結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明,制備的塊體呈現(xiàn)大孔和介孔組成的多級孔結(jié)構(gòu),比表面積可達(dá)163m2/g,主要是由10nm左右的銳鈦礦TiO2納米晶粒構(gòu)成。通過光催化降解甲基橙實(shí)驗(yàn)評價塊體光催化活性。添加0.07w t％的氧化石墨烯所制得的塊體在光催化反應(yīng)前后保持了完整的結(jié)構(gòu),全譜和可見

3、光下的甲基橙比去除效率與未添加石墨烯的樣品相比,分別提高了4.1倍和2.3倍。該方法制備的多孔TiO2塊體在降解水中有機(jī)污染物時,可以避免納米粉體回收和固定化負(fù)載,有望直接用于水污染控制之中。采用鹽酸水溶液處理BiVO4的方法,使其可見光催化活性顯著增強(qiáng)。BiVO4粉末浸漬于0.1mol/L的鹽酸溶液中反應(yīng)6小時后,可見光催化降解苯酚的活性比未處理前提高了3.5倍。對鹽酸處理后的樣品進(jìn)行表征,研究其晶相組成和表面形貌,采用不同酸和氯化物

4、處理作為對照實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明由于H+和C l-的協(xié)同作用,使得BiVO4表面部分溶出并以BiOCl沉積,形成了具有凹陷溝壑表面的BiVO4顆粒與片狀BiOCl的復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu),從而得到了光催化活性增強(qiáng)的催化劑。其中BiOCl含量為2.08%。采用懸浮液光電壓法測定BiOCl的平帶電位,進(jìn)行能帶分析,并將BiVO4和BiOCl混合后對混合物進(jìn)行光催化性能測試,結(jié)果表明二者間不存在顆粒間電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)(IPET)。BiVO4粉末經(jīng)過鹽酸處理后光催

5、化活性的增強(qiáng)主要是由于其表面生成了凹凸不平的溝壑結(jié)構(gòu),粗糙化的表面結(jié)構(gòu)促進(jìn)了光生載流子的遷移。這種表面處理的方法為提高半導(dǎo)體材料的光催化活性提供了一條有效的途徑。通過將Au/BiVO4與BiOI以不同比例混合,制備出可見光活性增強(qiáng)的復(fù)合催化劑,通過對復(fù)合催化劑進(jìn)行降解苯酚的實(shí)驗(yàn),確定了Au/BiVO4與BiOI質(zhì)量比為5:1時,復(fù)合體系具有最高的可見光活性。在pH值較低時,復(fù)合催化劑的活性受pH值的影響不大,當(dāng)pH值較高時,其活性隨之升