基于碘氧化铋磁性复合催化剂的制备及其光催化性能研究

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目前,针对污水净化处理的光催化研究工作,已取得一定的成果。然而,光催化技术仍然很难满足目前的工业化需求,原因主要有两方面:其一,传统光催化材料带隙宽,太阳能的利用率低,光催化性能提升遇到瓶颈;其二,光催化剂的难分离、难回收问题。因此,构建高效且可回收的可见光响应光催化剂是光催化材料发展的趋势所在。碘氧化铋材料带隙窄且拥有优异的可见光响应,却存在着难以回收、使用寿命短的缺憾。在该背景下,本研究旨在结合微纳米技术,设计和构建基于碘氧化铋和四氧化三铁材料的磁载光催化材料,主要研究工作如下:首先,采用不同溶剂体系制备不同形貌的碘氧化铋材料,分析具体的实验条件对碘氧化铋形貌以及光催化活性的影响并探讨碘氧化铋的形成机理。实验结果表明,溶剂的粘度越大,所制备的碘氧化铋片层越薄。采用醇溶液制备的三维分层碘氧化铋较二维片层结构拥有更大的比表面积和三维孔道,其光催化降解甲基橙的性能更加优良。本实验为之后设计和构建磁载光催化材料打下理论和实验的基础。基于上述研究,设计和构建一种以四氧化三铁为磁核、碘氧化铋为壳层的磁性核壳型复合催化剂,并进一步通过化学沉淀法在常压、低温条件下合成该催化剂。结合一系列表征手段对该复合催化剂的组成、结构、形貌以及材料基本性能如光吸收性能、电化学性能进行了表征分析,并进一步对该产物的核壳结构的形成机理进行了讨论和解释。该复合催化剂的禁带宽度为1.78eV,比表面积达到46.60m2g-1 Fe3O4的加入有利于催化剂界面的电荷转移,而Fe/Bi为3时,光生电荷复合效率最低。对上述合成的磁性核壳型复合催化剂进行一系列功能性实验,分别对它的光催化性能、循环稳定性以及光催化机理进行了实验分析和探究。该磁载光催化材料在可见光下光照5 h对于20 mg/L的苯酚溶液降解率达到93.7%,光催化过程的活性物种主要是·O2-、·OH以及h+。复合催化剂的磁饱和强度达到14.1 emu/g,且拥有良好的循环稳定性,经过五次循环实验光催化甲基橙的降解率仍然能够维持在85%以上。本论文的研究成果可以为构建高效铋系复合催化材料提供技术参照。
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