FeVO4新型光催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、光催化劑因可利用清潔能源解決環(huán)境污染問(wèn)題而成為研究的熱點(diǎn)之一。FeVO4新型光催化劑因禁帶寬度窄，具有磁性可回收利用及原料價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而引起研究學(xué)者的關(guān)注。
　　本課題采取軟模板法制備三斜型FeVO4光催化劑。研究模板劑和工藝條件對(duì)FeVO4光催化劑晶型、形貌及光催化的影響。采用X射線衍射儀、熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜及熒光光譜等測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行表征。以可見(jiàn)光下降解亞甲基藍(lán)(MB)實(shí)驗(yàn)評(píng)定FeVO4光催化性能。具體

2、結(jié)果如下:
　　1.探討模板劑的種類對(duì)FeVO4光催化劑性能的影響。選用的模板劑有螯合劑EDTA，陰離子表面活性劑SDBS和SDS，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB及高分子有機(jī)聚合物PEG和PVP。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以SDBS為模板劑制備的FeVO4光催化劑性能最好。因加入模板劑SDBS后，F(xiàn)eVO4晶體由表面光滑的棒狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楸砻嬗性S多小孔的棒狀結(jié)構(gòu)。再者，在催化劑煅燒過(guò)程中，SDBS可奪取催化劑中的氧形成氧空穴位，有效地抑制光生電子-空穴對(duì)復(fù)

3、合，提高光催化活性。以SDBS為模板制備樣品對(duì)MB的光降解率比用其他模板劑制備樣品對(duì)MB的光降解率最高多出2.9倍。
　　2.通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究工藝條件對(duì)FeVO4光催化劑的影響。對(duì)水熱時(shí)間、水熱溫度、水熱pH值、SDBS添加量、煅燒時(shí)間及煅燒溫度等因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。單因素實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)水熱時(shí)間、水熱溫度、煅燒時(shí)間及煅燒溫度影響FeVO4晶體的晶型、結(jié)晶度和純凈度。FeVO4晶體的形貌可通過(guò)改變SDBS添加量來(lái)調(diào)控。當(dāng)水熱時(shí)間48

4、 h，水熱溫度180℃，n(NH4VO3)∶n(SDBS)=1∶0.50，前驅(qū)液pH值3～4之間，500℃下熱處理5h時(shí)，是制備FeVO4的最適宜條件。光催化實(shí)驗(yàn)中FeVO4的最佳添加量為0.03 g。最適宜制備條件下，F(xiàn)eVO4的對(duì)MB溶液的光催化降解率可達(dá)到81.25％。
　　3.為了進(jìn)一步提高FeVO4的光催性能，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)。根據(jù)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取4個(gè)重要的因素即水熱時(shí)間、水熱溫度、SDBS添加量及煅燒時(shí)間，然后每個(gè)因

5、素分別選取4個(gè)適宜的水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。由極差分析得，水熱溫度的影響作用最大，水熱時(shí)間次之，接著煅燒時(shí)間的作用大于SDBS添加量的作用。最佳制備條件為:n(NH4VO3)∶n(SDBS)=1∶0.65，前驅(qū)液pH值3～4之間，180℃水熱40 h，500℃煅燒4.5 h。最佳條件制備的樣品對(duì)MB溶液的光催化降解率為91.38％。
　　4.對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試表征和光催化原理分析。由XRD測(cè)試可知，F(xiàn)eVO4樣品的晶型是三斜型，該晶型具有光

6、催化活性。通過(guò)SEM分析發(fā)現(xiàn)晶體主要呈棒狀且表面有許多孔，能吸附更多的MB分子。經(jīng)UV-vsi表征可知，樣品的吸收閥約在495 nm處，對(duì)可見(jiàn)光有較強(qiáng)的吸收能力;禁帶寬度為2.16 eV，意味著激發(fā)光電子躍遷所需要的能量小，光生電子-空穴對(duì)易生成，光催化反應(yīng)易發(fā)生。通過(guò)PL測(cè)試發(fā)現(xiàn)樣品最大發(fā)射波長(zhǎng)為536.5nm，在490～620nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的整體的熒光效果均較弱，則光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合速率慢，光催化效果強(qiáng)。FeVO4樣品對(duì)MB溶液