離子液體中Bi系光催化劑的設(shè)計(jì)及其降解環(huán)境有機(jī)污染物研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重影響和威脅著人類(lèi)的生活。光催化技術(shù)是一種綠色高級(jí)氧化技術(shù),在環(huán)境污染治理領(lǐng)域和能源開(kāi)發(fā)方面有著廣泛的研究和應(yīng)用。開(kāi)發(fā)高效、高穩(wěn)定性光催化劑已經(jīng)成為光催化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本論文旨在探索反應(yīng)型離子液體中新型高效鹵化氧鉍催化劑的可控合成及其在環(huán)境污染方面應(yīng)用。并采用XRD、XPS、SEM、TEM、BET、DRS等測(cè)試手段對(duì)所合成光催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌、生長(zhǎng)機(jī)理及其光催化性能與催化劑結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效

2、關(guān)系進(jìn)行了深入研究。
　　 本文通過(guò)碘代1-丁基-3-甲基咪唑反應(yīng)型離子液體中乙二醇溶劑熱合成了多孔結(jié)構(gòu)和表面帶一個(gè)孔的中空花狀結(jié)構(gòu)BiOI材料。通過(guò)XRD、SEM、TEM、EDS、BET、DRS等方法對(duì)催化劑進(jìn)行表征分析,并分析了中空結(jié)構(gòu)BiOI材料可能的晶體生長(zhǎng)機(jī)理。研究結(jié)果表明,反應(yīng)型離子液體不僅起到溶劑和模板劑的作用外,還作為碘源參與BiOI中空、多孔結(jié)構(gòu)材料的合成,離子液體對(duì)中空結(jié)構(gòu)材料的形成起到重要的調(diào)控作用?？梢?jiàn)光

3、照射條件下BiOI材料光催化降解甲基橙環(huán)境污染物活性研究發(fā)現(xiàn),合成的中空結(jié)構(gòu)的BiOI材料相對(duì)于片狀結(jié)構(gòu)的BiOI材料和TiO2(Degussa,P25)具有更好的光催化降解甲基橙活性,光照180 min對(duì)甲基橙的降解率達(dá)94％。其構(gòu)效關(guān)系研究表明中空和多孔結(jié)構(gòu)BiOI材料的高活性來(lái)源于能帶結(jié)構(gòu)、高的比表面積、高體表比以及強(qiáng)光吸收因素的協(xié)同作用。
　　 本文還通過(guò)溴代1-十六烷基-3-甲基咪唑反應(yīng)型離子液體乙二醇溶劑熱方法合成得

4、到了多孔、中空花狀結(jié)構(gòu)的BiOBr材料。通過(guò)XRD、XPS、SEM、TEM、EDS、BET、DRS等方法對(duì)光催化劑進(jìn)行表征分析。對(duì)中空結(jié)構(gòu)的BiOBr晶體的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行研究,并給出了可能的生長(zhǎng)機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)型離子液體體系中離子液體同時(shí)起到溶劑、模板劑和反應(yīng)源的作用,離子液體有助于中空、多孔BiOBr材料的形成?？梢?jiàn)光照射下的光催化降解羅丹明B活性研究表明,多孔結(jié)構(gòu)的BiOBr材料相對(duì)于常規(guī)方法合成的BiOBr材料和TiO2(Deg

5、ussa,P25)具有更好的光催化降解活性,光照105 min,羅丹明B被完全降解。催化劑結(jié)構(gòu)與活性之間構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),中空和多孔結(jié)構(gòu)BiOBr材料的高活性來(lái)源于窄的禁帶寬度、高的比表面積、小的顆粒尺寸以及強(qiáng)光吸收因素的協(xié)同作用。
　　 同時(shí),本文還通過(guò)氯代1-十六烷基-3-甲基咪唑反應(yīng)型離子液體溶劑熱合成得到了球狀、多孔狀結(jié)構(gòu)的BiOCI材料。通過(guò)XRD、SEM、EDS、DRS等方法對(duì)光催化劑進(jìn)行表征分析。研究表明反應(yīng)型離子

6、液體同時(shí)起到溶劑、模板劑和反應(yīng)源的作用,對(duì)BiOCI材料起到重要的調(diào)控作用。同時(shí),研究了離子液體陽(yáng)離子和溶劑熱的溶劑對(duì)BiOCI材料結(jié)構(gòu)和形貌的影響。此外,可見(jiàn)光下光催化降解羅丹明B活性研究表明,離子液體-PVP復(fù)合體系中合成的BiOCl材料相對(duì)于單離子液體體系中合成的BiOCl材料具有更好的光催化降解羅丹明B的活性,BiOCl材料的光催化活性隨著離子液體陽(yáng)離子碳鏈的增長(zhǎng)而增強(qiáng)。此外,1,3-丁二醇中合成的BiOCl材料比同等條件下乙二

7、醇中合成的材料活性強(qiáng)。
　　 在上述工作基礎(chǔ)上,本文還通過(guò)反應(yīng)型離子液體[C16mim]Cl,[C16mim]Br和[Bmim]I兩兩結(jié)合乙二醇溶劑熱合成了花狀結(jié)構(gòu)的BiOX1／BiOX2(X1,X2=Cl,Br,I)復(fù)合材料。通過(guò)XRD、SEM、EDS、DRS等方法對(duì)光催化劑進(jìn)行表征分析。研究發(fā)現(xiàn),離子液體同時(shí)起到溶劑、模板劑和反應(yīng)源的作用,對(duì)花狀結(jié)構(gòu)BiOX1／BiOX2(X1,X2=Cl,Br,I)復(fù)合材料的形成起到重要的

8、調(diào)控作用。復(fù)合材料光學(xué)性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn),BiOBr／BiOI,BiOBr／BiOCl和BiOCl／BiOI材料的禁帶寬度分別為2.18 eV,2.89 eV和2.39 eV。同時(shí),制備的花狀結(jié)構(gòu)BiOX1／BiOX2(X1,X2=Cl,Br,I)復(fù)合材料進(jìn)行了可見(jiàn)光照射條件下光催化降解羅丹明B(RhB)、亞甲基藍(lán)(MB)和甲基橙(MO)污染物活性的考察。研究發(fā)現(xiàn),合成的花狀結(jié)構(gòu)的BiOX1／BiOX2(X1,X2=Cl,Br,I)復(fù)合材料對(duì)

9、三種不同種類(lèi)的染料污染物均有可見(jiàn)光降解活性,對(duì)羅丹明B染料的降解活性最好。
　　 此外,本文還通過(guò)1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體輔助熱合成方法制備了鳥(niǎo)巢狀結(jié)構(gòu)Bi2WO6層狀結(jié)構(gòu)材料。研究發(fā)現(xiàn)Bi2WO6材料是由尺寸在18-20 nm直徑Bi2WO6納米片自組裝而形成的3-5μm的鳥(niǎo)巢層狀結(jié)構(gòu)。離子液體對(duì)鳥(niǎo)巢狀結(jié)構(gòu)Bi2WO6材料的形成起到重要的作用。紫外漫反射光譜研究發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)巢狀Bi2WO6結(jié)構(gòu)材料相對(duì)于片狀Bi2WO