GO-Bi2WO6/淀粉复合膜的制备及其可见光催化降解乙烯研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bp0604
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我国每年果蔬产量很高,但果蔬本身具有易腐性,导致新鲜果蔬大量损耗,造成极大浪费。果蔬腐烂变质一大原因是采后果蔬因呼吸作用产生乙烯,当环境中乙烯浓度超过果蔬的阈值浓度时,会促进果蔬的成熟与衰老,进而影响果蔬贮藏期间的营养品质及食用口感。因此,控制果蔬储运环境中的乙烯含量对其保鲜具有重要意义。目前去除乙烯的方法主要有减压脱除法、吸附分离法、催化剂+加热法、氧化剂氧化法等,这些方法在实际应用中仍存在缺陷与不足。半导体光催化氧化法作为一项新技术,具有操作简单、能耗低、反应条件温和且无二次污染等优点,用于清除果蔬贮藏环境中的乙烯具有潜在的应用前景。Bi2WO6作为一种窄带隙半导体,具有可见光催化活性和光催化降解乙烯的能力,但将Bi2WO6用于清除果蔬贮藏环境中乙烯还存在一些需要降解决的实际问题,一是Bi2WO6受光激发产生的电子-空穴对容易复合,量子效率偏低;二是粉体状Bi2WO6直接用于气相光催化较困难,需要增大气体与光催化剂的接触机会和吸附能力。本论文针对上述问题,采用氧化石墨烯(GO)对Bi2WO6进行改性,借助GO的大比表面积和电子传输能力,提高材料的光量子效率;以淀粉薄膜为基体,使光催化材料在淀粉膜上均匀负载,以增加对乙烯的吸附和接触机会。论文采用水热法制备Bi2WO6光催化剂,通过溶液混合法制备GO-Bi2WO6复合光催化剂,在流延成膜过程中通过内部掺杂和表面渗透的方式将光催化剂负载在淀粉膜基体上,制备Bi2WO6(GO-Bi2WO6)/淀粉复合膜。系统研究制备条件对负载光催化剂后淀粉复合膜光催化降解乙烯的影响;采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X衍射光谱(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等分析技术对光催化剂及负载光催化剂的淀粉复合膜的结构进行表征,并对复合膜的膜性能(膜厚度、力学性能、透水性能)进行研究。研究结果如下:(1)以Bi(NO33·5H2O和Na2WO6·2H2O为前驱物,采用水热法制备Bi2WO6。结果表明,当前驱液pH为2时,Bi2WO6粉体呈空心花状结构,粒径约3μm,其晶型为正斜方晶,晶粒(131晶面)平均尺寸为49.1 nm,禁带宽度为2.57 eV。(2)将前驱液pH为2时合成的Bi2WO6负载到淀粉膜上,制得Bi2WO6/淀粉复合膜。研究表明,当Bi2WO6添加量为5.5%时,复合膜在可见光下对乙烯降解反应速率最快,反应速率常数K’值为9.38×10-4 min-1,乙烯降解率为19.4%。此时复合膜在模拟太阳光下对乙烯降解率也最高,反应速率常数K’值为9.75×10-4 min-1,是可见光照射下的1.04倍。对复合膜膜性能研究表明,添加量为5.5%时,膜厚度为250.73μm,断裂伸长率为51.87%,抗拉强度为2.519 MPa,透水系数为5.05×10-7 g/m2·h·Pa。(3)将水热法制备的Bi2WO6与GO分散液充分混合,得到GO-Bi2WO6光催化剂。当GO掺杂量为0.5%时,GO与Bi2WO6能够形成较好的复合,薄片状GO附着在空心花状Bi2WO6表面,GO掺杂改性不会影响Bi2WO6的晶型结构,但是两者复合后表面氧空缺增加,C、Bi、W共享部分氧原子,形成了C-O-Bi键和C-O-W键,有利于光催化活性提高。当GO掺杂量为0.5%时,GO-Bi2WO6/淀粉复合膜光催化降解乙烯能力最强,反应速率常数K’值最大,为9.91×10-4 min-1,乙烯降解率达到19.6%,是Bi2WO6/淀粉复合膜的1.06倍。
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