BiOCl超薄纳米片复合光催化剂的制备及其光降解盐酸四环素性能研究

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水体抗生素残留的日益累积加剧了环境的恶化程度。因此,急需发展一种实用的能有效去除环境中抗生素残留的技术。光催化技术具有无毒无害、性能稳定、成本低廉等优点,在太阳光降解水中有机物方面表现出良好的应用前景。在众多光催化材料中,BiOCl特殊的层状布局与电场效应获得了普遍关注。然而较窄的光谱吸收范围与较高的载流子复合率制约了BiOCl的实际应用,因此有必要对其进行改性研究。本论文中,首先对BiOCl厚度进行超薄处理,在提升缺陷浓度的同时,负载三方晶系硒棒,不仅可以优化BiOCl可见光区域的光学性能,还可以通过控制空穴迁移方向促进光生电子-空穴对的分离。随后,向BiOCl超薄纳米片中引入竹叶生物炭,有效提升了体系的吸附性能,同时还改善了BiOCl的电子迁移效率。最后向C/BiOCl中引入稀土金属离子Er3+,实现了上转换光催化材料的有效构建,促进了长波长光谱能量的利用。主要研究内容如下:1.通过水浴法制备t-Se棒的前驱体硒化镉量子点,之后选用溶剂热法将量子点解离生长在BiOCl超薄四方片表面上生成t-Se/BiOCl复合光催化剂。选用多种检测仪器对该材料实施表征并考察其可见光降解盐酸四环素(TC-HCl)的行为机理。结果表明:BiOCl的超薄化引发了缺陷态能级的生成,在与t-Se棒构筑半导体异质结后,具备了高效的光催化降解性能。当t-Se棒含量为20 wt%时,复合材料具有最佳的光催化活性,其90 min内对TC-HCl的可见光降解率可达85.7%。2.通过高温裂解将竹叶制备成孔隙结构丰富的生物炭。随后以甘露醇为溶剂,制备BiOCl前驱液,将x wt%(x=10,15,20)的生物炭混入BiOCl前驱液中进行溶剂热反应,得到C/BiOCl复合光催化剂,利用多种测试仪器对该材料进行表征并探究其可见光降解TC-HCl的光催化机理。结果表明:向BiOCl超薄纳米片中引入绿色环保的生物炭后,其60 min内暗反应最大吸附量均在9.36 mg/g以上。同时,生物炭作为良好的电子受体实现了BiOCl光生电子的有效转移。当生物炭含量为15 wt%时,复合材料具有最佳的光催化活性,其90 min内对TC-HCl的可见光降解效率可达71.8%。3.通过溶剂热法合成出上转换C/Er3+:BiOCl复合光催化剂,采用多种检测方式对所合成的材料进行表征及机理探究。结果表明:作为稀土金属离子理想的掺杂基质,BiOCl可与Er3+形成有效的上转换发光结构。随着长波长光子的有效吸收,Er3+受激产生能级跃迁,将低能入射光子转换成高能发射光子,实现了BiOCl短波长光响应能力的释放,同时与生物炭产生协同效应促进了光催化活性的提升。当Er3+掺杂量为3 mol%时,复合材料具有最佳的光催化活性,其90 min内可见光降解TC-HCl的效率达到了89.2%。此外,在波长大于600 nm的光照下,该材料仍然具有44.3%的光降解效率。
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