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随着社会的快速发展,生活和生产过程带来的诸多环境问题越来越严重,特别是对人类和生态环境能够产生不良影响的有机废水的处理正在困扰着人们。虽然现在有很多方法被应用到废水处理工艺中,可是这些处理方法并不能达到理想的处理效果。纳米光催化材料具有高活性、高选择性和高稳定性等特点,因此这些材料对废水的处理,特别是对废水中的一些染料、内分泌干扰物等有机污染物的去除有很好的效果,而且这些材料容易从反应体系中分离,不会对环境造成二次污染。鉴于这些优点,纳米光催化材料的开发和研究显得越来越重要。磷酸银(Ag3PO4)和钨酸铋(Bi2WO6)两种粉末的带隙能比较小,在可见光下就可以被激发,光催化性能良好,因此这两种新型的纳米光催化剂受到了越来越多的关注。
本论文主要研究、制备了磷酸银和钨酸铋两种光催化剂,主要包括以下几个方面的内容:
(一)光催化剂的制备
(1)以硝酸银(AgNO3)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料,不断调整影响制备过程的各种条件,如混合液的初始浓度、pH值等,采用简单的直接沉淀法制备出了球状的Ag3PO4光催化剂。
(2)以硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和钨酸钠(Na2WO4·2H2O)为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP,40000)为模板剂,不断调整影响制备过程的各种条件,如反应温度、反应时间、初始浓度、模板剂的量等,采用简单的水热合成法制备出了三维花球状的Bi2WO6光催化剂。
(二)光催化剂的物理性质表征
(1)利用X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对实验制备的这两种光催化剂的晶项和纯度进行了分析;
(2)利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对实验制备的这两种光催化剂的形貌和尺寸大小进行了分析;
(3)利用比表面积测试仪(BET)对实验制备的这两种光催化剂的比表面积和孔径进行了分析;
(4)利用紫外-可见分光光度计对实验制备的这两种光催化剂的吸收光谱进行了分析。
(三)光催化剂的光催化性能表征
(1)根据Ag3PO4-有机染料光催化反应体系中有机染料的降解去除情况来评价实验制备的Ag3PO4光催化剂的催化性能。①论文中研究了实验制备的Ag3PO4光催化剂对多种有机染料的去除情况:可见光照耀12 min后,Ag3PO4-RhB光催化反应体系中,RhB(5 ppm)的去除效率几乎为100%;②反应体系的pH值对有机染料去除效果的影响情况:在Ag3PO4-RhB光催化反应体系中,反应的溶液的pH维持在近中性的环境下,Ag3PO4光催化剂对RhB的降解最为明显;③该催化剂的稳定性:经过三次循环实验后,实验制备的Ag3PO4样品的光催化性能并没有表现出很大的差别;④有机染料RhB降解去除的机理:在Ag3PO4-RhB光催化反应体系中,RhB的降解是由光生空穴直接氧化的结果,光生空穴为整个反应体系的主要活性氧化物。实验表明制备的Ag3PO4光催化剂可广泛应用于可见光下降解多种阳离子有机染料。
(2)根据Bi2WO6-phenol光催化反应体系中苯酚的降解去除情况来评价实验制备的Bi2WO6光催化剂的催化性能。①论文中研究了实验制备的Bi2WO6光催化剂对苯酚的去除情况:紫外光照耀60 min后,Bi2WO6-phenol光催化反应体系中,phenol(10 mg/L)的去除效率几乎达到了100%;②该催化剂的稳定性:经过四次循环实验后,实验制备的Bi2WO6粉末的光催化性能并没有表现出很大的差别;③苯酚降解去除的机理:在Bi2WO6-phenol光催化反应体系中,苯酚主要是由于光生空穴和超氧自由基(O2-·)氧化的实现降解的,部分是由羟基自由基(OH·)参与反应而得到去除的。实验表明制备的Bi2WO6光催化剂可广泛应用于紫外光照射下降解苯酚以及其衍生物。